近日，武中臣教授合作团队在火星尘埃电化学研究领域取得新进展。团队揭示了一条大气、矿物结合水与尘埃电化学活动共同作用下的火星非生物CH₄潜在生成途径。成果以“Abiotic Methane Formation by Electrochemical Reactions under Simulated Martian Dust Conditions”为题，以封面文章发表在ACS Earth and Space Chemistry期刊上。硕士研究生任俊奇为论文第一作者，武中臣和倪宇恒为论文共同通讯作者，山东大学为唯一署名单位。

CH₄是研究火星地质活动与潜在生物过程的重要目标分子，其来源、时空变化及源汇平衡一直是火星大气化学研究的重要问题。由于生物代谢与非生物过程均可产生CH_4，其生命标志物意义需要结合形成机制和产生环境进行综合研判。本研究发现的CH₄潜在非生物生成机制，为理解火星近地表CH₄来源、分析不同探测器的观测差异提供了新视角。

图1. 火星尘暴电化学效应产生非生物CH₄的概念图

尘暴、尘卷风和沙粒跃移是现代火星表面活跃的沙尘过程。颗粒碰撞与摩擦引起电荷分离和积累并在一定条件下触发静电放电，产生能够驱动大气—矿物反应的等离子体电化学反应。该反应是驱动火星矿物/大气物质循环的重要因素。

研究团队利用山东大学火星环境模拟装置，在低压CO₂辉光放电条件下，对七种代表性火星表面矿物开展对比实验：水合氯化物产生的CH₄信号最强；蒙脱石和石膏也出现了可检测的CH₄积累，而无水氯化钠和无水硫酸钙未检测到明显CH₄信号。进一步的加水实验表明，外加水可提高六水合氯化镁和石膏体系中的CH₄净积累量，却未使氯化钠体系产生可检测的CH₄。这表明: CH₄的净积累并非仅由水量决定，而是矿物结合水的储量、结合状态和释放难易程度以及矿物组成共同作用的结果；这些因素既影响CH₄的生成，也影响其同步损耗。

本研究拓展了现代火星近地表CH₄来源的机制框架，有助于理解火星CH₄-大气—表层之间的碳转化及其与水赋存状态的联系，可为解释火星CH₄观测结果并为天问三号探测任务判识潜在生命标志物提供重要参考。

本研究得到国家自然科学基金专家推荐类原创探索计划项目（42450085）、国家自然科学基金面上项目（42473048）、国家重点研发计划（2024YFF0807703）、中国博士后科学基金（GZB20240399，2025M770413）及山东省博士后创新项目（SDCX-ZG-202502010）等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.6c00168

附录：封面页