Disse kemiske reaktioner, der producerer brintgas, menes at have været en af de tidligste energikilder til livet på Jorden.
En kemisk reaktion mellem jernholdige mineraler og vand kan producere tilstrækkelig brint "mad" til at opretholde mikrobielle samfund, der lever i porer og revner inden for det enorme mængde klipper under havbunden og dele af kontinenterne, ifølge en ny undersøgelse ledet af University of Colorado Boulder.
Resultaterne, der er offentliggjort i tidsskriftet Nature Geoscience, antyder også muligheden for, at brintafhængigt liv kunne have eksisteret, hvor jernrige, stødende klipper på Mars engang var i kontakt med vand.
Planeten Mars - moden til efterforskning. Det er den verden, der er mest som Jorden i vores solsystem, med en tynd atmosfære og en næsten 24-timers dag.
Forskere har grundigt undersøgt, hvordan klippevandsreaktioner kan producere brint på steder, hvor temperaturerne er alt for varme til, at levende ting kan overleve, såsom i klipperne, der ligger til grund for hydrotermiske udluftningssystemer på gulvet i Atlanterhavet. Brintgaserne, der produceres i disse klipper, fødes til sidst mikrobielt liv, men samfundene er kun placeret i små, køligere oaser, hvor udluftningsvæskerne blandes med havvand.
Den nye undersøgelse, ledet af CU-Boulder Research Associate Lisa Mayhew, tog sigte på at undersøge, om brintproducerende reaktioner også kunne finde sted i de meget mere rigelige klipper, der er infiltreret med vand ved temperaturer, der er kølige nok til, at livet kan overleve.
”Vand-stenreaktioner, der producerer brintgas, menes at have været en af de tidligste energikilder til livet på Jorden,” sagde Mayhew, der arbejdede på studiet som doktorand i CU-Boulder lektor Alexis Templetons laboratorium i Institut for Geologiske Videnskaber.
”Vi ved imidlertid meget lidt om muligheden for, at der produceres brint fra disse reaktioner, når temperaturerne er lave nok til, at livet kan overleve. Hvis disse reaktioner kunne skabe nok brint ved disse lave temperaturer, kan mikroorganismer muligvis leve i klipperne, hvor denne reaktion finder sted, hvilket potentielt kan være et enormt mikrobielt habitat under jord til brintudnyttende liv. ”
Når stødende klipper, der dannes, når magma langsomt afkøles dybt inde i Jorden, infiltreres af havvand, frigiver nogle af mineraler ustabile jernatomer i vandet. Ved høje temperaturer - varmere end 392 grader Fahrenheit (200 grader Celsius) - ved videnskabsmænd, at de ustabile atomer, kendt som reduceret jern, hurtigt kan splitte vandmolekyler og producere brintgas samt nye mineraler, der indeholder jern i det mere stabile, oxiderede form.
Mayhew og hendes medforfattere, inklusive Templeton, dykkede ned i vand i fravær af ilt for at bestemme, om en lignende reaktion ville finde sted ved meget lavere temperaturer, mellem 122 og 212 grader Fahrenheit (50 til 100 grader Celsius). Forskerne fandt, at klipperne skabte brint - potentielt nok brint til at støtte liv.
For at forstå mere detaljeret de kemiske reaktioner, der producerede brintet i laboratorieeksperimenterne, brugte forskerne "synchrotronstråling" - som er skabt af elektroner, der kredser rundt i en menneskeskabt opbevaringsring - til at bestemme typen og placeringen af jern i klipperne på en mikroskala.
Forskerne forventede at finde ud af, at det reducerede jern i mineraler som olivin var omdannet til den mere stabile oxiderede tilstand, ligesom der forekommer ved højere temperaturer. Men da de udførte deres analyser på Stanford Synchrotron Radiation Lightsource på Stanford University, blev de overrasket over at finde nydannet oxideret jern på “spinel” -mineraler, der findes i klipperne. Spinler er mineraler med en kubisk struktur, der er meget ledende.
At finde oxideret jern på spinellerne førte holdet til at antage, at de ledende spineller ved lave temperaturer var med til at lette udvekslingen af elektroner mellem reduceret jern og vand, en proces, der er nødvendig for at jernet kan opdele vandmolekylerne og skabe brint gas.
”Efter at have observeret dannelsen af oxideret jern på spineller, indså vi, at der var en stærk sammenhæng mellem mængden af produceret brint og volumenprocenten af spinelfaser i reaktionsmaterialerne,” sagde Mayhew. "Generelt, jo flere spineller, jo mere brint."
Der er ikke kun et potentielt stort volumen af klipper på Jorden, der kan gennemgå disse lave temperaturreaktioner, men de samme typer klipper er også udbredt på Mars, sagde Mayhew. Mineraler, der dannes som et resultat af vand-stenreaktionerne på Jorden, er også blevet påvist på Mars, hvilket betyder, at processen beskrevet i den nye undersøgelse kan have konsekvenser for potentielle Martiske mikrobielle levesteder.
Mayhew og Templeton bygger allerede på denne undersøgelse med deres medforfattere, herunder Thomas McCollom ved CU-Boulders laboratorium for atmosfærisk og rumfysik, for at se, om de brintproducerende reaktioner faktisk kan opretholde mikrober i laboratoriet.
via University of Colorado Boulder