Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Nawigacja okruszkowa Nawigacja okruszkowa

Nawigacja Nawigacja

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Wykrycie obecności PH3 w górnych warstwach atmosfery Wenus

Na wstępie trzeba stwierdzić, że związki fosforu z wodorem tworzą się dosyć trudno w przyrodzie, problemem jest brak odpowiednio silnych reduktorów, które mogłyby doprowadzić do samoistnego powstania tych związków. Sam PH3 jest gazem o zapachu czosnku, bardzo toksycznym dla organizmów tlenowych. Na Ziemi tworzy się on w środowiskach beztlenowych, jest natychmiast rozkładany w obecności tlenu czy wilgoci. Już najbliższy dimer, P2H4 wybucha samoistnie w obecności tlenu (czym wyjaśniano tworzenie się „błędnych ogników” na bagnach). Związki fosforu z wodorem tworzą się np. w reakcji fosforu z zasadami, w reakcji fosforków metali z wodą lub kwasami, reakcji syntezy PH3 znamy dziś bardzo dużo, w laboratorium możemy go wytworzyć np. w reakcji 4H3PO3 → PH3 + 3H3PO4 w temp. ok. 200oC.

Badania nad występowaniem cząsteczki PH3 w atmosferach planet Układu Słonecznego wykazują, że związek ten występuje w atmosferach takich planet jak Ziemia, Jowisz, Saturn a ostatnio i Wenus. Występowanie PH3 związane jest, jak się sądzi, z panującą wysoką temperaturą i ciśnieniami na Jowiszu i Saturnie i wynoszeniem powstającego PH3 w górne warstwy atmosfery przez prądy konwekcyjne. Obecność bardzo reaktywnego fosforowodoru w atmosferze Ziemi (ale w śladowych ilościach) wiąże się z jego wytwarzaniem w reakcjach, w których biorą udział związki organiczne w warunkach beztlenowych.

Wykrycie obecności PH3 w górnych warstwach atmosfery Wenus miało miejsce w marcu 2019 roku, ostatnio pojawiły się doniesienia prasowe na ten temat. Problemem jest fakt, że Wenus jest planetą stosunkowo zimną, więc nie występują tam warunki do tworzenia się PH3, takie jak występują na Jowiszu czy Saturnie. Nie znamy więc obecnie żadnej reakcji chemicznej, która w warunkach panujących na Wenus mogłaby go wytworzyć w procesach naturalnych. Dodatkowo związek ten nie może być dostarczany z powierzchni, gdyż atmosfera Wenus zawiera stężony kwas siarkowy(VI) co nie pozwala na przetrwanie tego związku. Dlatego też proponuje się, że w wysokich warstwach atmosfery, gdzie nie ma już kwasu siarkowego a trwałość PH3 jest na tyle wysoka, że może tam istnieć, mógłby być on wytwarzany przez jakiś rodzaj reakcji z wykorzystaniem organizmów beztlenowych. Dodatkowym atutem jest obecność promieniowania UV. W ostatnich latach zaczęto sugerować (Astrobiology, Vol. 20, 2020, doi.org/10.1089/ast.2018.1954), że obecność PH3 może być „wskaźnikiem” istnienia życia beztlenowego, przynajmniej na tych planetach na których warunki nie pozwalają na jego syntezę w procesach chemicznych.

PH3 został wykryty na Wenus na podstawie pomiarów promieniowania w zakresie 1.123 mm (przejście rotacyjne 1-0) w 2017 a następnie w 2019 roku [1]. Ponieważ w tym samy zakresie spektralnym aktywny jest też ditlenek siarki, SO2, oraz deuterowana woda sygnał musiano skorygować o wpływ tych związków. Wydaje się, że korekta ta została wykonana poprawnie. Ponieważ nie ma danych, aby jakiś inny prosty związek chemiczny absorbował w tym zakresie, na chwilę obecną sygnał przypisuje się obecności PH3. Fosfinę wykryto głównie w warstwach o ciśnieniu ok. 0.5 atm i temperaturze ok. 30oC, najmniej wykryto go w strefach biegunowych planety, co sugeruje duży wpływ promieniowania UV na jego tworzenie. Autorzy poświęcili bardzo dużo czasu na wyeliminowanie czynników zakłócających analizę, należy jednak stwierdzić, że jest ich dużo a uzyskane wyniki będą podlegały weryfikacji przez innych badaczy. Obliczony długi czas życia PH3 w atmosferze Wenus (rzędu tysiąca lat, w przeciwieństwie do atmosfery Ziemi gdzie wynosi poniżej kilkunastu minut), na dużych wysokościach wskazuje, że jego produkcja może być bardzo mała a obecna wartość może być wynikiem akumulacji w długim okresie czasu, może też być pozostałością jakiegoś jednorazowego wydarzenia (np. uderzenia meteorytu) w przeszłości. Gdyby czas życia PH3 był mały, to jego duże stężenie musiałoby warunkować jego ciągłą produkcję. Nie ma jednak badań długookresowych pokazujących czy zawartość PH3 jest stała w czasie, czy wykazuje wahania. Może widzimy obecnie jakąś jednorazową anomalię. Dodatkowym problemem jest pochodzenie fosforu. PH3, jako lekki gaz wędruje w górne warstwy atmosfery, więc w przypadku Ziemi, Jowisza czy Saturna nie ma problemu z wytłumaczeniem jego obecności. Jeśli jednak miałby być tworzony w górnych warstwach atmosfery Wenus, to należałoby jeszcze wykryć jak w te warstwy dostaje się źródło fosforu, a więc np. kwas fosforowy czy fosforany? I to w ogromnych ilościach. Czy w ogóle są one obecne na tak dużych wysokościach? Jeśli nie, to PH3 mógłby być pochodzenia biologicznego. Wydaje się, że czeka nas jeszcze dużo badań i misji sond na Wenus, zanim odpowiemy na te pytania. Ale ferment wywołany sugestią obecności organizmów w atmosferze obcej planety powinien pozwolić na powrót na Wenus. Wykrycie organizmów nie pochodzących z Ziemi lub tylko zbadanie chemii atmosfery Wenus na pewno jest warte nowych misji. A dla chemików to asumpt do intensywniejszych badań nad chemią związków wodoru z fosforem.

 

Prof. dr. hab. Janusz Szklarzewicz 
Zakład Chemii Nieorganicznej, Wydział Chemii UJ

 

[1] Greaves, J.S., Richards, A.M.S., Bains, W. et al. Phosphine gas in the cloud decks of Venus. Nat Astron (2020). https://doi.org/10.1038/s41550-020-1174-4

Polecamy również
Teoria kontra obserwacje rozbłysków gamma: narodziny nowych świec standardowych
Wenus pełna życia?
Ślady życia na Wenus - komentarze ekspertów
Prawdopodobne biosygnatury życia w atmosferze Wenus