Больше десятилетия научное сообщество постулировало, что в такой окружающей среде, метан и другие органические соединения могли быть спонтанно произведены химическими реакциями между водородом от жидкости вентиля и углекислым газом (CO2). Теория имела прекрасный смысл, но показывающий то, что это произошло по своей природе, было сложно.
Теперь мы знаем почему: анализ химии жидкости вентиля доказывает, что для некоторых органических соединений, этого не происходит тот путь.Новое исследование geochemists в Деревянном Отверстии, Океанографическое Учреждение, изданное 8 июня на Слушаниях Национальной академии наук, первое, чтобы показать, что формирование метана не происходит во время относительно быстрого жидкого процесса обращения, несмотря на чрезвычайно высокое водородное содержание в водах. В то время как метан в системе вентиля Фон Дамма, которую они изучили, был произведен посредством химических реакций (неживым образом), это было произведено на геологических временных рамках глубоко ниже морского дна и независимое от процесса выражения.
Их исследование далее показывает, что другой органический неживой комплекс сформирован во время процесса обращения вентиля при смежной более низкой температуре, более высоких вентилях pH, но темпы реакции также не спешат полностью уменьшать углерод полностью до метана.«Мы действительно улучшили наше понимание происхождения неживых углеводородов во всем Риджкресте гидротермальные системы, определив определенно, где углерод преобразовывается в пути циркуляции жидкости вентиля», сказала Джилл Макдермотт, ведущий автор исследования и недавний выпускник Совместной программы MIT/WHOI в Океанографии. «У нас также есть намного лучший смысл того, как быстро эти реакции происходят в естественных системах – некоторые занимают тысячи лет, в то время как другие только занимают часы ко дням».Метан и другие органические соединения в природных водах могут произойти из трех типов источников: живые организмы, разложение живой или мертвой биомассы и ‘неживое’ формирование через чисто химические процессы без участия от живых организмов.
Обнаружение, как метан и другие органические разновидности сформированы в глубоководных гидротермальных системах, востребовано, потому что эти комплексы поддерживают современную дневную жизнь, предоставляя энергию микробным сообществам в глубокой биосфере, и из-за потенциальной роли неживым образом сформированных органических соединений в происхождении жизни.Исследование, авторы которого также включают WHOI geochemists Джеффри Сивалд, Кристофер Джермен и Шон Сильва, указывает, что метан в области вентиля Фон Дамма был создан реакцией между CO2 и водой, пойманной в ловушку в течение тысяч лет в рамках охлаждения вулканических пород глубоко в земной коре. Много мест вентиля архитектурным образом активны, и когда тектонические сдвиги происходят, скалы ниже морского дна могут расколоться, позволив морской воде проникнуть и выщелочить метан из скал. В конечном счете тот метан несет до морского дна обращающаяся вода вентиля.
В то время как это понятие ранее теоретизировалось, данная статья первая, чтобы продемонстрировать ее важность по своей природе.Как исследователи решили, что это было опрятной уловкой, включая балансирование бюджета CO2 места вентиля, измеряя количество CO2 в морской воде в жидкости вентиля; анализ изотопического состава CO2; и радиоуглерод, датирующий CO2. Результаты анализа показали, что не было никакой CO2, добавленной и никакого CO2, удаленного, и поэтому он, возможно, не использовался, чтобы сформировать метан.
Экспертиза метана показала, что это был «мертвый радиоуглерод». Это означало, что было более старым, чем 50 000 лет и не несло современной подписи, указывая, что метан прибыл из древних геологических источников.«Мы смогли использовать достаточно различных, но дополнительных линий доказательств, чтобы показать, что формирование метана здесь – чисто химический процесс, и что это происходит в отсутствие жизни», сказал Макдермотт.
Но почему CO2 на этом месте не был реагирующий с водородом, чтобы создать метан? Тот вопрос привел к одинаково захватывающему открытию: реакция между CO2 и водородом происходила, но это не продолжалось достаточно быстро или прогрессировало достаточно далеко, чтобы создать метан.Вместо этого CO2 и водород объединились, чтобы создать «промежуточный» комплекс, названный formate – важное «предбиотическое» органическое соединение.Команда обнаружила formate, анализируя жидкости вентиля на более прохладных местах вентиля ответвления на сайте Фон Дамма и нашла, что у этого было меньше CO2, чем это должно иметь.
Это означало, что CO2, должно быть, реагировал, чтобы сформировать что-то еще. Они определили formate концентрацию в тех жидкостях, и, сказал Макдермотт, «это оказывается суммой formate разновидности, которая была сформирована в каждой из этих жидкостей, отлично соответствует количеству CO2, который был потерян. Столь редко, чтобы Вы могли на самом деле закрыть бюджет и выяснить, куда весь углерод пошел».
Сумма подарка formate также соответствовала сумме, предсказанной термодинамическими моделями.«Это – превосходный пример, где гипотезы, разработанные за эти годы из лабораторных экспериментов и теоретических моделей, могли быть проверены и проверены по своей природе», сказал соавтор Зеевальд.Промежуточные разновидности как formate имеют много в наличии энергии. Они – также хороший источник энергии для микробов.
На самом деле formate может использоваться современными дневными микробами, чтобы произвести метан в биосфере недр. Formate, возможно, также служил первым шагом к формированию уменьшенных углеродных соединений, которые были главными в примитивных биохимических путях на ранней Земле.
«Особенно захватывающий аспект этого исследования – то, что наши новейшие открытия здесь на Земле обеспечивают востребованный ‘реальный’ пример, как предбиотическая химия могла также возникнуть в другом месте», сказал немец соавтора.