Jak dekontaminovat Mars?  
Povrch Marsu je skrz naskrz prosycen toxickou sloučeninou. Vadí rostlinám i živočichům. Ještě než popřejeme posádce vyrážející na průzkum či snad trvalé osídlení šťastnou cestu, budeme muset najít postupy minimalizující kontakt návštěvníků s nebezpečným chloristanem. Zejména velkolepější kolonizační plány si nevystačí s prostou izolací. Obyvatelé základen budou proto ovládat techniku přeměny vlka v beránka. Na to se skvěle hodí objevená dekontaminační metoda běžící za normálního tlaku a pokojové teploty.
Model chloristanu. Tetraedrické uspořádání atomů kyslíku brání snadné redukci centrálního chloru. Kredit: Volné dílo.
Model chloristanu. Tetraedrické uspořádání atomů kyslíku brání snadné redukci centrálního chloru. Kredit: Volné dílo.

Před časem jste měli možnost zachytit zprávu o nizozemských vědcích, kteří v simulované půdě Marsu obohacené o organickou složku úspěšně zkoušeli pěstovat všelijaké plodiny. Pokud jste ji přijali nekriticky, spolkli jste průhlednou lež i s navijákem. Skutečně věrohodně napodobená půda rudé planety by spolehlivě zabila, nebo alespoň potlačila růst jakékoliv dospělé rostliny, natož aby ze semen do ni zasetých vzešly prosperující klíčky, jak bylo uvedenými experimenty dosaženo. A i kdyby vědci našli, vyšlechtili nebo GMO modifikací odvodili rezistentní plodinu, její jedlé části pěstované na kontaminované půdě by se staly vzhledem k bioakumulaci otrávené. Je to tím, že půda planetárního souseda je prosycená jedovatým aniontem zvaným chloristan.

 

Chloristan na Marsu

Jednoduchá kyslíkatá sloučenina chloru zamořila Mars ihned poté, co vyschnul a od té doby se udržuje v dynamické rovnováze. Sondy ji detekovaly v koncentračním rozmezí od 0,5  do 1 % na všech místech, kde provedly analýzu. Protože vzniká zřejmě chemickými reakcemi na povrchu a v atmosféře, obsahuje ji převážně svrchní část půdy. Kromě toho se spekuluje o tom, že udržuje bohatou vodní zásobu (vyskytující se v hloubce 1,5 km pod oblastí blízkou jižnímu pólu) ve stavu podchlazené kapaliny. Je to ale výrazně hypotetické. Chloristan sám o sobě nestačí zabránit vodě, aby při tak nízké teplotě, která panuje v ložisku, nezamrzla. Na to by potřebovala ještě teplo z vulkanické aktivity, po níž nenacházíme nejmenších stop. Z toho důvodu je pravděpodobnější, že ozvěny z radaru, hlásící kapalné skupenství, nás tahají za nos.

 

Takhle by po nějaké době mohla zduřet oblast krku u návštěvníků Marsu, pokud by plány nezahrnovaly přípravu na chloristanovou hrozbu. Chloristanem navozený pokles hladiny hormonů T3 a T4 zapříčiňuje růst štítné žlázy. Stejnými fyzickými symptomy se projevuje onemocnění štítné žlázy nejednotného původu, kterému se říká struma. Právě strumu zachycuje obrázek. Kredit: Volné dílo.
Takhle by po nějaké době mohla zduřet oblast krku u návštěvníků Marsu, pokud by plány nezahrnovaly přípravu na chloristanovou hrozbu. Chloristanem navozený pokles hladiny hormonů T3 a T4 zapříčiňuje růst štítné žlázy. Stejnými fyzickými symptomy se projevuje onemocnění štítné žlázy nejednotného původu, kterému se říká struma. Právě strumu zachycuje obrázek. Kredit: Volné dílo.

Toxický nepřítel

Vědci nebo lidé snící o návštěvě Marsu by souhlasili s upraveným lidovým moudrem pravícím: Když nemůže na Mars čert, nastrčí tam chloristan. Pro jakékoliv aktivity, ať už distanční nebo prezenční je chloristan učiněná pohroma. Dálkový průzkum sabotují jeho oxidační účinky. Například nepřímo způsobil pozitivní výsledek testu hledání projevů mikrobiálního metabolismu a přímo dal šach-mat přístrojům pro analýzu organických látek.

 

Pilotovaným letům zase vadí jeho toxicita. Nám lidem chloristan ubližuje rozvrácením hormonálního systému štítné žlázy. Jodidová pumpa, jejímž úkolem je jod transportovat do folikulárních buněk štítné žlázy, si jodid a chloristan plete, čímž je při nadbytku chloristanu potlačen příjem jodidu nezbytného k syntéze hormonů T3 a T4. Chloristan zabraňuje absorpci jodu natolik efektně, že v minulosti určitou dobu sloužil k léčbě nadměrné funkce štítné žlázy, nežli byl stažen z důvodů vážných nežádoucích účinků. Je-li mu organismus vystaven po dostatečně dlouhou dobu, hrozí nebezpečí vývinu nedostatku hormonů T3 a T4, což vyprovokuje, ve snaze navodit ztracenou rovnováhu v hladině hormonů, zbytnění štítné žlázy.

 

Schématické znázornění chemické reakce přeměňující toxický chloristan na neškodný chlorid za mírných reakčních podmínek, na niž se účastní katalyzátor inspirovaný mikrobiálním enzymem, který obsahuje molybden v aktivním centru. Kredit: Nakresleno pro OSEL podle: Ren, C.; Yang, P.; Sun, J.; Bi, E. Y.; Gao, J.; Palmer, J.; Zhu, M.; Wu, Y. and Liu, J. (2021). A Bioinspired Molybdenum Catalyst for Aqueous Perchlorate Reduction, J. Am. Chem. Soc. 143 : 7891-7896.
Schématické znázornění chemické reakce přeměňující toxický chloristan na neškodný chlorid za mírných reakčních podmínek, na niž se účastní katalyzátor inspirovaný mikrobiálním enzymem, který obsahuje molybden v aktivním centru. Kredit: Nakresleno pro OSEL podle: Ren, C.; Yang, P.; Sun, J.; Bi, E. Y.; Gao, J.; Palmer, J.; Zhu, M.; Wu, Y. and Liu, J. (2021). A Bioinspired Molybdenum Catalyst for Aqueous Perchlorate Reduction, J. Am. Chem. Soc. 143 : 7891-7896.

Toxikologové mají jasno v tom, že tyto změny jsou nežádoucí, ale ztrácejí půdu pod nohama mají-li vyjádřit, jaké by měly být nastaveny bezpečné limity. U zvířat snadno navodili zvětšení štítné žlázy a pokračovali-li v podávání chloristanu, objevilo se i zhoubné bujení štítné žlázy (i když chloristan nevykazuje přímou karcinogenitu). Nicméně biologického účinku dosáhli vysokými dávkami, které výrazně převyšují rozmezí, jaké lze předpokládat při nezáměrné intoxikaci astronautů během plnění úkolů. Například u lidí s profesionální expozicí nebyly nalezeny žádné dopady na zdraví. Přesto opatření proti této hrozbě budou zajisté přehnaně opatrná.

 

Ochrana před chloristanem

Ačkoliv obávanějšího a zapeklitějšího nepřítele pobytu na Marsu ztělesňuje radiace, nelze brát na lehkou váhu ani chemické faktory. Od jedů se snáze izoluje. Slabé místo ovšem představují skafandry. Během pobíhání po povrchu Marsu s geologickým kladivem si průzkumníci zaneřádí skafandr od prachu, který pak vysvlečou ve vnitřním prostoru a kontaminují ho tak. Experti nabídli několik návrhů, co s tím udělat. Nejlépe by problém obešel skafandr připnutý na vnější straně základny, do kterého by se lezlo zevnitř. O “zip” na zadní straně obleku a o zachování hermetičnosti obytného modulu by se staral kolega. Nezdá se však, že by takový oblek někdo vyvíjel. Proto se nedivme přesvědčení Elona Muska, že první návštěvníci přiletí na Mars zemřít.

 

Jinyong Liu vedoucí výzkumné skupiny. Kredit: University of California Riverside.
Jinyong Liu, vedoucí výzkumné skupiny. Kredit: University of California Riverside.

Izolace od vnějšího prostředí přestane dostačovat v okamžiku využívání zdrojů dostupných na místě nezbytných pro přežití výsadku v dlouhodobějším horizontu. Když ji najdou, mohou návštěvníci těžit vodu, využít regolit jako stavební materiál a také v něm pěstovat plodiny. V takovém případě musí vytěžené suroviny dekontaminovat. Proces bude vypadat asi takto: Velmi dobře ve vodě rozpustný chloristan se z materiálu nebo také z povrchu skafandru napřed vymyje a kontaminovaný roztok nashromáždí. Poté se roztok zbaví chloristanu a k finální úpravě poputuje tam, kam odchází moč astronautů, čímž vodní cyklus v umělém prostředí bude dovršen.

 

Byť je chloristan silný oxidant, je díky prostorovému uspořádání atomů do čtyřstěnu velmi stabilní, přesto ho není těžké rozložit na neškodné produkty. Jen jsou k tomu potřeba drsné podmínky nebo mírné podmínky a těžko akceptovatelné bezvodé prostředí. Kdyby to nešlo udělat jednodušeji, tak budiž, přizpůsobíme se, ale ono to jde.

 

Úžasný katalyzátor

To předvedli v publikaci šéf týmu Jinyong Liu a hlavní autor Changxu Ren z UC Riverside's Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering. Ti si vypůjčili část know-how od anaerobních mikroorganismů, co zapojují chloristan do své respirace. Konkrétně na chloristan posílají enzym obsahující molybden jako kofaktor.

 

Changxu Ren, hlavní autor výzkumu. Kredit: University of California Riverside  news.ucr.edu/
Changxu Ren, hlavní autor výzkumu. Kredit: University of California Riverside.

Navzdory velké komplexitě biologického katalyzátoru vytvořili vědci syntetickou napodobeninu onoho enzymu až neskutečně jednoduše. Smíchali molybdenan sodný, obyčejnou komplexotvornou organickou sloučeninu (bipyridyl) a palladium zachycené na porézním uhlíku. Redukci chloristanu v přítomnosti katalyzátoru pak rozjeli molekulárním vodíkem, který sloužil, jako zdroj elektronů. Na Marsu se bude vodík získávat elektrolýzou vody. Výhoda je, že metoda zabije dvě mouchy jednou ranou. Elektrolýza odmění astronauty kyslíkem, jež bude vedlejším produktem likvidace chloristanu a zároveň drahocennou surovinou.

 

Redukční reakce běží, což je úžasné, při pokojové teplotě a atmosferickém tlaku tedy za mírných podmínek a neskutečně rychle až do zcela úplné přeměny chloristanu na chlorid. Katalyzátor si poradí ze slabě, ale i s extrémně znečištěnou vodou. Takové drobnosti velmi zvyšují atraktivitu procesu nejen pro zajištění obyvatelnosti Marsu.

 

Nejen na Marsu

Existuje nenulová pravděpodobnost, že metoda najde dříve uplatnění na Zemi než mimo ní. Poslední dvě desetiletí se diskutuje s obavami o přítomnosti chloristanu v pitné vodě a potravinách. I když vzniká v malé míře přirozeně, za pozorované znečištění v drtivém podílu příroda vinu nenese. Výsledky rozborů vody nás usvědčují z nedbalosti při výrobě, skladování a jiném nakládání s chloristanem, tuhými raketovými palivy, světlicemi, zápalkami a zábavnými či jinými pyrotechnickými výdobytky. Mimo průmysl výbušnin jde část znečištění na vrub chlorové dezinfekci a hnojivům z chilského ledku, jež je nejbohatší přírodní úschovnou chloristanu (obsah chloristanu v ledku 0,05-0,4 %).

 

Úniky se dostávají do povrchových a hromadí v podzemních vodách, přičemž je kontaminují na několik desítek let, protože chloristan nepodléhá rozkladu. V reakci na zařazení chloristanu na seznam sledovaných kontaminantů životního prostředí jsou sanační technologie pro podzemní vody, pro úpravu pitné vody a pro likvidaci odpadů při výrobě ve středu zájmu. Zde popsaná metoda by mohla doplnit stávající nevelký arzenál chloristan eliminujících postupů.

 

Literatura:

Ren, C.; Yang, P.; Sun, J.; Bi, E. Y.; Gao, J.; Palmer, J.; Zhu, M.; Wu, Y. and Liu, J. (2021). A Bioinspired Molybdenum Catalyst for Aqueous Perchlorate Reduction, J. Am. Chem. Soc. 143 : 7891-7896.

DOI: 10.1515/opag-2019-0051

DOI.org/10.1515/reveh-2020-0006

Datum: 08.10.2021
Tisk článku

Související články:

Detekovali jsme mimozemský život ano, či ne?     Autor: Václav Diopan (10.11.2016)
Budeme rostlinám blikat?     Autor: Václav Diopan (23.08.2019)
Rajče upravené pro pěstování na základnách mimo Zemi     Autor: Václav Diopan (18.01.2020)
Tři pozemské sondy letí k Marsu     Autor: Vladimír Wagner (30.07.2020)
O strastech hledání markerů současného nebo minulého života na Marsu     Autor: Václav Diopan (08.09.2020)
NASA přemítá nad neuvěřitelně exotickou těžební technologií     Autor: Václav Diopan (26.04.2021)



Diskuze:

Zásadní informace...

Viktor Spicka,2021-10-09 14:34:04

Jak dlouho jsou tyto informace o kontaminaci půdy na Marsu známy ? Vzhledem k tomu že s kontaminací nikdo nepočítal , jde o poměrně novou ale zásadní informa
ci .Tohle neovlivní jen Muskovy dobrovolníky ale pohled na realizovatelnost kolonizace jakékoli planety v budoucnu . Hlavně bych teď viděl posun směrem k pochopení jak ke kontaminaci došlo

Odpovědět


Re: Zásadní informace...

Oldřich Novák,2021-10-09 16:37:14

Myslím že se o tom ví asi od roku 2008, kdy Phoenix detekoval perchloráty. Zpočátku nebylo jasné, jestli to nejsou spaliny z motoru sondy.

Odpovědět

nevím nevím...

Eva M,2021-10-09 11:54:57

... počasí nic moc, voda nikde, sluníčko daleko, zamořeno........má to pro člověka vůbec smysl?

a případní těžební roboti - vyplatilo by se vůbec, co by přivezli?

Odpovědět


Re: nevím nevím...

Oldřich Novák,2021-10-09 16:48:08

Podle mě nemá. Osídlení Marsu je se současnou úrovní techniky, lékařství a biologie jednosměrná cesta bez happyendu. A nezdá se mi, že by se během dohledné doby objevilo něco, co by nabídlo veselejší pohled na tématiku. Hlasy, které tvrdily že přítomnost člověka na místě nelze nahradit robotem, už pomalu vychládají; není proč tam posílat člověka. Takže pokud ano, tak imho půjde o okázalou demonstraci něčích schopností. Ovšem zda to na scéně soudobého a blízce budoucího světa bude vůbec někoho zajímat, je velká otázka. Už i ti nejsilnější hráči chápou, že co utopí ve vesmírné utopii, to nebudou moci prozbrojit proti reálným nepřátelům tady na Zemi.

Odpovědět


Re: Re: nevím nevím...

D. Hruška,2021-10-09 23:26:26

Dobrý den. Vůči trvalé přítomnosti lidí na Marsu jsem skeptický a vůči těžbě ještě víc. Aby se vyplatilo z Marsu něco vozit na Zemi, muselo by to být výrazně dražší než zlato. Pokud by se ale někdo nakonec k dobytí Marsu odhodlal, jeden přínos pro lidstvo by to mělo. Rozvíjely by se při tom technologie, které v budoucnu budou potřebné pro vytvoření ochrany Země před impaktními tělesy z vesmíru.

Odpovědět


Re: Re: nevím nevím...

Michaela Tejchmanova,2021-10-10 21:44:04

Mozna je to naivni predstava, ale ja vidim nejvetsi prinos predevsim v tom, uvedomit si, ze zadne nepratele tady na zemi mit nemusime. Ve finale jsme vsichni Pozemstane a tady to vzajemne mlaceni klacky a pomerovani pindiku mezi jednotlivymi narody je smesne a nesmyslne. Hrozne moc chci doufat, ze s tim jednou prestaneme.

Odpovědět


Re: Re: Re: nevím nevím...

D. Hruška,2021-10-11 01:45:25

Dobrý den. Pokud vůbec někdy lidstvo takového stavu dosáhne, povede k němu ještě dlouhá a bolestivá cesta. Řekl bych, že války (i jiné formy poměřování pindíků) se vedou převážně kvůli zdrojům (suroviny, území, lidské zdroje/otroci, loviště). Ve světě s nadbytkem zdrojů mizí důvody k soupeření. Naopak při nedostatku zdrojů se probouzí ta temnější stránka lidských schopností a lidé se snaží prosadit svoje zájmy na úkor zájmů jiných. Je to bohužel z evolučního hlediska výhodnější strategie.

Planeta nemá dostatek zdrojů, aby mohlo 8 miliard lidí žít s takovou životní úrovní jako v západní Evropě. A ti, co se mají hůř, se přirozeně derou za lepším. Bohatší se zase snaží o svoje zdroje nepřijít. Aby lidstvo ztratilo většinu objektivních důvodů k soupeření o zdroje, musela by nejprve světová populace klesnout na desetinu. Ona přitom zatím roste.

Rád bych s Vámi sdílel Váš idealismus, ale podle mého názoru nemá šanci fungovat.

Odpovědět


Re: nevím nevím...

Martin Chalupa,2021-10-09 20:19:01

Pokud si vzpomínám, tak základní problém Marsu je v nepřítomnosti magnetického pole. Kvůli té není schopen ochránit atmosféru před slunečním "větrem" a udržet ji. Dál by to snad měla být záležitost jen pár generací, než budeme pracovat s dost odlišnou planetou. Pak už by se dalo o něčem přemýšlet. Ovšem postavte nad planetou magnetické pole... Je dobré se podívat do vesmíru, abychom si připoměli, co máme tady.

Těžbu na Marsu bych moc perspektivně neviděl z jednoduchého důvodu: Aby bylo co (ekonomicky) těžit, musí vzniknout ložisko. Ložiska potřebují sopečnou činnost, vliv vody, atd. Jinak tam sice bude všechno, ale rozptýlené.

Odpovědět


Re: Re: nevím nevím...

Jan Novák9,2021-10-10 20:55:46

Toxické zamoření a prakticky neexistující atmosféra jsou mnohem horší než sluneční vítr. Magnetické pole by nám dnes už nepomohlo, atmosféru to nevrátí. A naopak, pokud by se atmosféru podařilo nějak doplnit (například poslat na Mars tu kometu co teď přilétá a pak deset dalších) tak by to stačilo na pár milionů let i se slunečním větrem.

Neexistuje nic tak cenného aby se to vyplatilo dovézt z Marsu, i kdyby jste to tam našel hotové a zpracované v ingotech.

Odpovědět


Re: nevím nevím...

Pavel Slavík,2021-10-11 11:29:15

Má to smysl, ale ne pro to, aby se tam hezky bydlelo nebo se odtud něco vozilo.
Pokud se člověk dokáže trvale udržet na Marsu, tak to vyřeší díky výzkumu a vývoji řadu problémů zde na Zemi.
Např. pak nebude problém bydlet i v poušti zde na Zemi. Bude stačit jen zdroj energie, a to ne na chemické bázi.

Odpovědět

tvrzení Elona Muska

Tomáš Vodička,2021-10-09 00:20:10

Kdy Elon Musk řekl, že "první návštěvníci přiletí na Mars zemřít"? Máte k tomu zdroj? Děkuji.

Odpovědět

O jaký chloristan se má jednat?

František Kroupa,2021-10-08 21:57:45

Sodný, draselný, amonný, olovnatý nebo nějaký jiný? Nebo jejich směs? Jinak chloristany snad bez výjimky slouží jako oxidační činidlo tam, kde se bouchá.

Odpovědět


Re: O jaký chloristan se má jednat?

Pavel A1,2021-10-08 22:21:03

Citace z článku: "...aniontem zvaným chloristan." Takže ani sodný ani osmičitý, ale prostě ClO4-.

Odpovědět


Re: Re: O jaký chloristan se má jednat?

Ferdinand Prantl,2021-10-09 16:55:19

Me to zmatlo stejne jako pana Kroupu. Na sedmimocnosti chloru bychom se byvali shodli, ale tomu ClO4- bych byval rikal chloristanovy aniont. Podobne jako SO4 2- (predstavte si 2- nad tou 4) byval siranovy aniont. Sirany byvaly soli kyseliny sirove, jako siran vapenaty CaSO4. Takze jsem si taky rikal "chloristan ceho"? :-) Vypada to, ze na rikani "aniont" dneska uz neni cas :-)

Odpovědět


Re: Re: Re: O jaký chloristan se má jednat?

Pavel A1,2021-10-10 17:56:35

Já už jsem si celkem zvykl, že názvosloví není vždy zcela logické. Například na anodě se vylučuje anion, takže anoda je kladná, ale anion je záporný. Toto názvosloví má své historické důvody a podle mě jeho změna na "správnější", kdykoliv se dozvíme něco nového, by nadělala větší bordel než jeho zachování. Kdo četl článek pozorně, tak se z něj dozvěděl, co se pod pojmem chloristan bez přívlastku myslí. A to aspoň mě stačí.

Odpovědět


Re: O jaký chloristan se má jednat?

Jirka Votocek,2021-10-08 22:43:53

Pro pan Kroupa: Koukněte na obrázek vpravo.

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace