Кислородсодержащие сульфатные минералы улавливают и сохраняют сигналы из атмосферы Земли. Поэтому учёные внимательно изучают процессы их формирования. Сульфаты стабильны в течение миллиардов лет, поэтому их изотопы кислорода рассматриваются как капсула времени, отражающая атмосферные условия на ранней Земле — и, возможно, на её планетарном соседе Марсе.
Новое исследование, проведённое геохимиком из Университета Юты, изучает, как образуются сульфаты при окислении пирита (известного как «золото дураков») в средах, изобилующих микробами, по сравнению со средами без них. Исследователи сосредоточились на реке Рио-Тинто в Испании — загрязнённой реке, проходящей через регион, где в течение тысячелетий добывали железо и медь.
Статья под названием «Тройные кислородные изотопные доказательства длительного прямого биовыщелачивания пирита с O₂» опубликована в журнале «Earth and Planetary Science Letters».
То, что осталось в Андалусии, может быть экологической катастрофой, но учёные теперь рассматривают это как аналог того, каким могло быть марсианское поверхность в прошлом.
Этот кислый шахтный дренаж богат сульфатами и бактериями, которые окисляют как серу, так и железо. Исследовательская группа измерила «тройные кислородные изотопы» (соотношения ¹⁷O/¹⁶O и ¹⁸O/¹⁶O) в сульфатах, чтобы выяснить, сколько кислорода поступает непосредственно из воздуха по сравнению с водой.
«Это первый случай, когда мы увидели на открытом воздухе, а не в лаборатории, что мы можем поддерживать эту прямую реакцию между O₂ и серой пирита, если условия окружающей среды будут подходящими», — сказал ведущий автор исследования Исааку Коль, доцент кафедры геологии и геофизики.
«Поскольку мы смогли определить эту нишу, у нас теперь есть геохимические маркеры или критерии, которые позволили бы вам найти подобную среду или остатки подобной среды в летописи горных пород либо на Земле, либо в условиях внеземной среды».
Исследование сосредоточено на бактерии под названием Acidithiobacillus ferrooxidans, которая, как полагают, является одной из древнейших групп микробов, потенциально производящих энергию до появления фотосинтеза.
Исследовательская группа обнаружила, что в богатых микробами кислых средах A. ferrooxidans способствует окислению пирита таким образом, что сохраняет удивительно высокое количество, превышающее 80% и до 90%, атмосферного кислорода (O₂) в сульфатах.
В отличие от лабораторных экспериментов, где этот сигнал быстро исчезает, поскольку сульфат включает O₂ из воды, экосистема Рио-Тинто, активная в отношении микробов, сохраняет этот сильный атмосферный отпечаток.
Таким образом, сульфатные отложения не только сохраняют атмосферные и экологические условия — они также могут нести микробный «биосигнатура». Такие сигнатуры могут помочь учёным интерпретировать сульфатные минералы на Марсе или в древних земных породах как потенциальный источник информации как об атмосферных условиях, так и о микробной активности.
Марсианские отложения содержат эвапориты, содержащие обильные сульфатные минералы, но учёные пока не знают, как эти сульфаты образовались.
«Текущая гипотеза состоит в том, что это происходит в результате атмосферного окисления вулканического диоксида серы (SO₂). Но такие среды имеют характерные геохимические сигнатуры, которые указывают на то, была ли эта аэрозолизация и окисление в атмосфере при относительно высокой температуре и, следовательно, маловероятно, что в них была жизнь», — сказал Коль.
Но это не исключает возможности того, что в локализованных средах могли быть гиперкислые жидкости, которые окислялись на границе раздела вода-порода, как в экспериментах Кола и в Рио-Тинто.
Исследование описывает подход к анализу данных об изотопном составе кислорода из марсианских отложений на предмет признаков жизни, если когда-нибудь образцы будут доставлены на Землю. Марсоходы NASA Curiosity и Perseverance собирают образцы с 2021 и 2012 годов соответственно, надеясь когда-нибудь привезти их на будущих миссиях к красному соседу Земли.
Но Коль подчеркнул, что наука всё ещё находится в двух шагах от того, чтобы определить, содержат ли образцы горных пород с Марса убедительные доказательства прошлой микробной жизни. Во-первых, образцы должны указывать на очень кислую среду (с низким pH), среду, в которой доминирует O₂-окисление, богатую определённым ионом железа (²⁺).
«Мы никогда не сможем уйти от наших предположений, когда пытаемся соотнести летопись горных пород со средами, с которыми мы имеем дело в режиме реального времени в современную эпоху», — сказал Коль. «Если мы предположим, что знаем количество атмосферного O₂ в сульфате, мы можем рассчитать изотопный состав O₂, который участвовал в образовании этих сульфатов».
И пока мы ждём межпланетных полётов, которые доставят нам марсианские камни, эти открытия могут открыть новые направления исследований условий окружающей среды здесь, на Земле, миллиарды лет назад, когда микробная жизнь начала развиваться и в атмосфере появился кислород.
Предоставлено Университетом Юты.