Яд, который построил дом: перхлораты из марсианской пыли стали цементом для баз

Освоение Марса потребует максимального использования местных материалов, чтобы не везти всё с Земли. Одним из самых проблемных компонентов марсианской почвы долго считались перхлораты — токсичные соединения, опасные для живых организмов. Однако новое исследование показывает, что именно они могут сыграть неожиданно полезную роль в строительстве будущих баз. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале PLOS One.

От токсина — к строительному ресурсу

Перхлораты составляют примерно 0,5-1% марсианского реголита. Из-за их высокой токсичности и окислительных свойств их рассматривали как серьёзное препятствие для колонизации. Более того, при создании имитаторов марсианской почвы для экспериментов на Земле эти соединения часто исключали — в том числе из-за пожароопасности.

Исследователи из Индийского института науки и Университета Флориды решили изменить подход. Они намеренно добавили перхлораты в искусственную смесь, имитирующую марсианский грунт, и попытались создать из неё строительные блоки.

Главная задача заключалась в том, чтобы проверить, как эти вещества повлияют на процесс биоцементации — укрепления материала с помощью бактерий, что дополняет современные представления о геологическом прошлом планеты, включая данные о том, что в прошлом Марс имел океан.

Роль бактерий и природного клея

Ключевым элементом эксперимента стал штамм бактерий Sporosarcina pasteurii, способный запускать химическую реакцию уреолиза, формируя минерализующие соединения. В лабораторных условиях микроорганизмы не только выдержали воздействие перхлоратов, но и образовали плотные скопления клеток с внеклеточным матриксом — структурой, создающей своеобразные "микромосты" между бактериями и частицами почвы.

Однако одних бактерий оказалось недостаточно. Учёные провели серию контрольных испытаний с различными комбинациями компонентов. Смеси только с водой или без дополнительных связующих демонстрировали низкую прочность.

Существенное улучшение произошло после добавления гуаровой камеди — натурального растительного полимера. В сочетании с бактериями она выполняла двойную функцию: служила клеем и питательной средой, благодаря чему прочность блоков выросла более чем втрое по сравнению с образцами без неё.

Интересно, что наивысшая прочность была достигнута в смеси, включавшей бактерии, гуаровую камедь и перхлорат, но без добавления хлорида никеля, который первоначально рассматривался как катализатор реакции. Это означает, что для создания прочных строительных материалов можно обойтись без дополнительных сложных добавок.

Почему перхлораты усиливают конструкцию

Самым неожиданным результатом стало то, что присутствие перхлоратов повысило прочность кирпичей более чем вдвое по сравнению с аналогами без них. Исследователи предполагают, что дело в изменении поведения бактерий. Под воздействием перхлоратов они формировали более развитый внеклеточный матрикс, укрепляющий связь между частицами реголита.

Эти микроскопические "мосты" могли повысить устойчивость материала к сжатию, сделав его более пригодным для строительства. Точный механизм ещё предстоит изучить, но уже сейчас ясно, что токсичное соединение может стать ценным союзником в марсианских условиях, особенно с учётом факторов, влияющих на эволюцию планеты, таких как орбитальное влияние Марса на климат системы.

Использование местных ресурсов — ключевой принцип будущих межпланетных миссий. Если перхлораты действительно помогут создавать прочные строительные материалы прямо на месте, это упростит и удешевит создание постоянных баз. В таком случае вещество, считавшееся серьёзной проблемой, может превратиться в важный элемент инфраструктуры на Красной планете.