Согласно новому исследованию Умеоского университета, лёд растворяет минеральные формы железа более эффективно, чем жидкая вода. Это открытие может помочь объяснить, почему многие арктические реки становятся ржаво-оранжевыми по мере таяния вечной мерзлоты в условиях потепления климата.
Исследование, опубликованное в PNAS, показывает, что лёд при температуре −10 °C высвобождает больше железа из распространённых минералов, чем жидкая вода при 4 °C.
Это опровергает давнее убеждение, что в замёрзших средах химические реакции замедляются.
«Может показаться нелогичным, но лёд — это не просто пассивный замёрзший блок», — говорит Жан-Франсуа Буайи, профессор Умеоского университета и соавтор исследования.
«Замораживание создаёт микроскопические карманы жидкой воды между кристаллами льда. Они действуют как химические реакторы, где соединения становятся концентрированными и чрезвычайно кислыми. Это означает, что они могут вступать в реакцию с минеральными формами железа даже при температурах до −30 °C».
Чтобы понять процесс, исследователи изучили гётит — широко распространённый минерал оксида железа — вместе с природной органической кислотой, используя передовую микроскопию и эксперименты.
Они обнаружили, что повторные циклы замерзания и оттаивания способствуют более эффективному растворению железа. По мере замерзания и оттаивания льда органические соединения, которые ранее были в нём заключены, высвобождаются, стимулируя дальнейшие химические реакции. Солёность также играет решающую роль: пресная и солоноватая вода усиливают растворение, в то время как морская вода может его подавлять.
Результаты исследования применимы в основном к кислым средам, таким как участки стока шахтных вод, замёрзшая пыль в атмосфере, сульфатно-кислые почвы вдоль побережья Балтийского моря или в любой кислой замёрзшей среде, где минеральные формы железа взаимодействуют с органическими веществами.
Следующий шаг — выяснить, справедливо ли то же самое для всего железосодержащего льда. Это то, что скоро покажет текущее исследование в лаборатории Буайи.
«По мере потепления климата циклы замерзания и оттаивания становятся чаще», — говорит Анжело Пио Себаалы, докторант и первый автор исследования. «Каждый цикл высвобождает железо из почв и вечной мерзлоты в воду. Это может повлиять на качество воды и водные экосистемы на обширных территориях».
Результаты показывают, что лёд — это не просто пассивное хранилище, но активный участник процесса. По мере увеличения частоты замерзания и оттаивания в полярных и горных регионах воздействие на экосистемы и естественный круговорот элементов может быть значительным.
Предоставлено Умеоским университетом.