Международная группа исследователей обнаружила подземные воды возрастом 1,2 миллиарда лет глубоко в шахте по добыче золота и урана в Моав-Хотсонге, Южная Африка, что пролило больше света на то, как жизнь поддерживается под поверхностью Земли и как она может процветать. другие планеты.

Результаты были опубликованы ранее на этой неделе в журнале Nature Communications.

«Впервые мы получили представление о том, как энергия, хранящаяся глубоко в недрах Земли, может высвобождаться и распределяться более широко по ее коре с течением времени», — говорит Оливер Уорр, научный сотрудник Департамента наук о Земле Университета Торонто. ведущий автор исследования. «Думайте об этом как о ящике Пандоры, производящем гелий и водород, который мы можем научиться использовать на благо глубокой биосферы в глобальном масштабе».

«Десять лет назад мы обнаружили подземные воды возрастом миллиард лет из-под Канадского щита — похоже, это было только начало», — говорит Барбара Шервуд Лоллар, профессор кафедры наук о Земле Университета Торонто и автор соответствующей статьи. «Теперь, на 2,9 км ниже поверхности Земли в Моав Хотсонге, мы обнаружили, что экстремальные аванпосты мирового водного цикла более распространены, чем считалось ранее».

Уран и другие радиоактивные элементы естественным образом встречаются в окружающей вмещающей породе, содержащей залежи полезных ископаемых и руд. Эти элементы содержат новую информацию о роли подземных вод как генератора энергии для хемолитотрофных (или породоядных) групп совместно обитающих микроорганизмов, ранее обнаруженных в недрах Земли. Когда такие элементы, как уран, торий и калий, распадаются в недрах, возникающее в результате альфа-, бета- и гамма-излучение имеет волнообразный эффект, вызывая так называемые радиогенные реакции в окружающих горных породах и жидкостях.

В Моаб-Хотсонге исследователи обнаружили большое количество радиогенного гелия, неона, аргона и ксенона, а также беспрецедентное открытие изотопа криптона — невиданного ранее индикатора этой мощной реакции. Радиация также расщепляет молекулы воды в процессе, называемом радиолизом, производя большие концентрации водорода, важного источника энергии для подповерхностных микробных сообществ глубоко в Земле, которые не могут получить доступ к солнечной энергии для фотосинтеза.

Из-за своей чрезвычайно малой массы гелий и неон имеют уникальную ценность для выявления и количественной оценки транспортного потенциала. Хотя чрезвычайно низкая пористость кристаллических пород фундамента, в которых обнаружены эти воды, означает, что сами подземные воды в значительной степени изолированы и редко смешиваются, что объясняет их возраст в 1,2 миллиарда лет, диффузия все еще может иметь место.

«Твердые материалы, такие как пластик, нержавеющая сталь и даже твердая порода , в конечном итоге пронизываются диффундирующим гелием, подобно сдуванию наполненного гелием воздушного шара», — говорит Уорр. «Наши результаты показывают, что диффузия позволила от 75 до 82 процентов гелия и неона, первоначально произведенных в результате радиогенных реакций, пройти через вышележащую кору».

Исследователи подчеркивают, что новое понимание того, сколько гелия рассеивается из недр Земли, является важным шагом вперед, поскольку глобальные запасы гелия истощаются, а переход к более устойчивым ресурсам набирает обороты.

«Люди — не единственные формы жизни, зависящие от энергетических ресурсов недр Земли, — говорит Уорр. «Поскольку радиогенные реакции производят как гелий, так и водород, мы можем не только узнать о резервуарах гелия и его переносе, но и рассчитать поток энергии водорода из недр Земли, который может поддерживать подземные микробы в глобальном масштабе».

Уорр отмечает, что эти расчеты жизненно важны для понимания того, как поддерживается подземная жизнь на Земле и какая энергия может быть доступна за счет радиогенной энергии на других планетах и ​​лунах в Солнечной системе и за ее пределами, информируя о предстоящих миссиях на Марс, Титан, Энцелад и Европа.

Среди других соавторов статьи CJ Ballentine из Оксфордского университета и исследователи из Принстонского университета и Института горного дела и технологий Нью-Мексико.