Землетруси створюють енергію для життя в глибинах Землі

Глибоко під поверхнею Землі, далеко від сонячного світла, життя знаходить несподіване джерело енергії. Нове дослідження показує, що коли породи тріскаються під час землетрусів, вони виділяють спалахи водню та окислювачів — хімічних речовин, здатних підтримувати цілі мікробні екосистеми.

Дослідники з Гуанчжоуського інституту геохімії під керівництвом професора Хе Хунпіна та професора Чжу Цзяньсі змоделювали сейсмічні умови, щоб вивчити, що відбувається при утворенні тріщин у породах під екстремальним тиском. Їхні експерименти показали, що коли мінерали, такі як кварц або базальт, розколюються, вони виробляють високореактивні вільні радикали. Ці радикали розщеплюють молекули води, генеруючи як газоподібний водень, так і перекис водню.

За словами першого автора дослідження Сяо Ву, виробництво водню, спричинене розломами, пов'язаними із землетрусами, було у 100 тисяч разів більшим, ніж від інших відомих шляхів. Ці багаті на енергію реакції пропонують стабільне джерело живлення для мікробного життя, що мешкає в глибокій корі, далеко від впливу Сонця.

Під корінною породою біосфера кишить життям — близько 15 відсотків біомаси Землі, що складається переважно з бактерій та архей. Протягом мільярдів років тектонічні зсуви та навіть мікроземлетруси регулярно руйнували породи, створюючи середовище, багате на реактивні поверхні. Ці зламані породи, пронизані пероксидними зв'язками в силікатних зернах, виділяють енергію, коли їхні внутрішні структури порушуються, фактично перемикаючи мільйони наномасштабних перемикачів одночасно.

Дослідники виявили, що лише чотири години штучного руху розлому генерували до 160 мікромолей водню — цифра, що значно перевищує вихід від серпентинізації або природного радіолізу. За рік це становить приблизно 33,1 моля на квадратний ярд, достатньо для підтримки щільних мікробних біоплівок.

Для контексту, деякі підповерхневі мікроби існують на всього лише 10 у мінус дванадцятому степені ватах на клітину. Це означає, що навіть незначний землетрус може вивільнити в мільйони разів більше енергії, ніж потрібно одному мікробу, коротко перетворюючи зони розбитих порід на багаті поживними речовинами гарячі точки.

Водень сам по собі не живить життя — йому також потрібен акцептор електронів. У цьому випадку дослідження підкреслює роль циклу заліза. Експерименти показали, що реактивні атоми водню можуть відновлювати тривалентне залізо до двовалентного, тоді як перекис водню перетворює двовалентне залізо назад у тривалентне в навколишніх порах. Цей самопідтримуючий окисно-відновний цикл дозволяє певним мікробам витягувати енергію із заліза, по суті живлячись процесом іржавіння.

Тести на зразках граніту підтвердили, що мікроби можуть процвітати, передаючи електрони від заліза всередині порід. З часом повільне вивітрювання та хімічне змішування згладжують початковий енергетичний сплеск від землетрусу, дозволяючи мікробним колоніям встановлюватися, адаптуватися та поширюватися.

Зразки свердловин з Канадського щита виявили триваюче окислення та відновлення заліза протягом кількох років, підкріплюючи ідею про те, що життя використовує хімію тріщин у породах для виживання. Ці глибокі енергетичні цикли можуть бути більш поширеними, ніж вважалося раніше. Тектонічна мережа Землі може бути всіяна хімічними гарячими точками, створюючи набагато більше придатних для життя зон у корі, ніж уявлялося.

Дослідження також змінює пошук життя за межами Землі. На кам'янистих світах, таких як Марс, Європа або Енцелад, де крихкі кори зазнають напруги від ударів, припливних сил або охолодження, подібні геохімічні процеси можуть відбуватися під поверхнею. Марсоходи вже виявили мінерали заліза, здатні перемикатися між окисно-відновними станами, а орбітальні зображення показують величезні мережі поверхневих тріщин.

Це дослідження надає кількісну основу для керівництва майбутніми місіями. Інструменти, здатні виявляти водень, метан або зміни станів заліза, могли б звузити пошук до цих зон тріщин — де хімічна енергія зустрічається з потенційною біологією. З цієї точки зору, найкращі місця для пошуку марсіанського життя можуть бути не поверхневими оазисами, а темними жилами тріснутих порід внизу.