Diese chemischen Reaktionen, bei denen Wasserstoffgas entsteht, gelten als eine der frühesten Energiequellen für das Leben auf der Erde.
Eine chemische Reaktion zwischen eisenhaltigen Mineralien und Wasser kann genug Wasserstoff „Nahrung“ produzieren, um mikrobielle Gemeinschaften zu erhalten, die in Poren und Rissen innerhalb des enormen Gesteinsvolumens unter dem Meeresboden und Teilen der Kontinente leben Universität von Colorado Boulder.
Die in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlichten Ergebnisse weisen auch auf die Möglichkeit hin, dass wasserstoffabhängiges Leben dort existiert haben könnte, wo eisenreiche magmatische Gesteine auf dem Mars einst mit Wasser in Kontakt waren.
Der Planet Mars - reif für die Erforschung. Es ist die Erde, die in unserem Sonnensystem am ähnlichsten ist, mit einer dünnen Atmosphäre und einem fast 24-Stunden-Tag.
Wissenschaftler haben gründlich untersucht, wie Stein-Wasser-Reaktionen an Orten Wasserstoff erzeugen können, an denen die Temperaturen viel zu hoch sind, als dass Lebewesen überleben könnten, beispielsweise in den Gesteinen, die unter hydrothermalen Entlüftungssystemen auf dem Boden des Atlantischen Ozeans liegen. Die in diesen Gesteinen erzeugten Wasserstoffgase ernähren sich letztendlich von mikrobiellem Leben, aber die Gemeinden befinden sich nur in kleinen, kühleren Oasen, in denen sich die Abluftflüssigkeiten mit Meerwasser vermischen.
Die neue Studie unter der Leitung von Lisa Mayhew, wissenschaftliche Mitarbeiterin von CU-Boulder, untersuchte, ob Wasserstoff produzierende Reaktionen auch in den viel häufiger vorkommenden Gesteinen stattfinden können, die mit Wasser infiltriert sind und so kühl sind, dass das Leben überlebt.
"Wasser-Gesteins-Reaktionen, bei denen Wasserstoffgas entsteht, gelten als eine der frühesten Energiequellen für das Leben auf der Erde", sagte Mayhew, der als Doktorand im Labor von CU-Boulder Associate Professor Alexis Templeton an der Studie arbeitete Institut für Geologische Wissenschaften.
„Wir wissen jedoch sehr wenig über die Möglichkeit, dass bei diesen Reaktionen Wasserstoff entsteht, wenn die Temperaturen so niedrig sind, dass das Leben überleben kann. Wenn diese Reaktionen bei diesen niedrigen Temperaturen genügend Wasserstoff produzieren könnten, könnten Mikroorganismen in den Gesteinen leben, in denen diese Reaktion stattfindet. Dies könnte möglicherweise ein riesiger mikrobieller Lebensraum unter der Oberfläche für die Nutzung von Wasserstoff sein. “
Wenn magmatische Gesteine, die entstehen, wenn Magma langsam in der Tiefe der Erde abkühlt, vom Meerwasser infiltriert werden, setzen einige der Mineralien instabile Eisenatome im Wasser frei. Bei hohen Temperaturen - wärmer als 200 Grad Celsius (392 Grad Fahrenheit) - wissen Wissenschaftler, dass die instabilen Atome, bekannt als reduziertes Eisen, schnell Wassermoleküle spalten und Wasserstoffgas sowie neue eisenhaltige Mineralien im stabileren, oxidierten Zustand produzieren können bilden.
Mayhew und ihre Mitautoren, einschließlich Templeton, tauchten Gesteine in Wasser unter, ohne Sauerstoff, um festzustellen, ob eine ähnliche Reaktion bei viel niedrigeren Temperaturen zwischen 122 und 212 Grad Fahrenheit (50 bis 100 Grad Celsius) stattfinden würde. Die Forscher fanden heraus, dass die Gesteine Wasserstoff erzeugten - möglicherweise genug Wasserstoff, um das Leben zu unterstützen.
Um die chemischen Reaktionen, aus denen der Wasserstoff in den Laborversuchen entstand, genauer zu verstehen, verwendeten die Forscher die sogenannte Synchrotronstrahlung, die von Elektronen erzeugt wird, die in einem künstlichen Speicherring umkreisen mikroskalig.
Die Forscher erwarteten, dass das reduzierte Eisen in Mineralien wie Olivin in den stabileren oxidierten Zustand übergegangen war, genauso wie es bei höheren Temperaturen vorkommt. Als sie ihre Analysen an der Stanford Synchrotron Radiation Lightsource der Stanford University durchführten, waren sie überrascht, neu gebildetes oxidiertes Eisen auf „Spinell“ -Mineralien in den Gesteinen zu finden. Spinelle sind Mineralien mit einer kubischen Struktur, die gut leitfähig sind.
Das Auffinden von oxidiertem Eisen auf den Spinellen führte das Team zu der Hypothese, dass die leitfähigen Spinelle bei niedrigen Temperaturen den Austausch von Elektronen zwischen reduziertem Eisen und Wasser erleichtern, ein Prozess, den das Eisen benötigt, um die Wassermoleküle zu spalten und den Wasserstoff zu erzeugen Gas.
"Nachdem wir die Bildung von oxidiertem Eisen auf Spinellen beobachtet hatten, stellten wir fest, dass eine starke Korrelation zwischen der Menge des erzeugten Wasserstoffs und dem Volumenprozentsatz der Spinellphasen in den Reaktionsmaterialien besteht", sagte Mayhew. "Im Allgemeinen, je mehr Spinelle, desto mehr Wasserstoff."
Es gibt nicht nur ein potenziell großes Gesteinsvolumen auf der Erde, das diese Niedertemperaturreaktionen eingehen kann, sondern die gleichen Gesteinsarten sind auch auf dem Mars verbreitet, sagte Mayhew. Mineralien, die sich als Folge der Wasser-Gesteins-Reaktionen auf der Erde bilden, wurden auch auf dem Mars nachgewiesen. Dies bedeutet, dass der in der neuen Studie beschriebene Prozess Auswirkungen auf potenzielle mikrobielle Lebensräume auf dem Mars haben kann.
Mayhew und Templeton bauen bereits auf dieser Studie mit ihren Co-Autoren, darunter Thomas McCollom vom CU-Boulder Laboratory for Atmospheric and Space Physics, um zu prüfen, ob die Wasserstoff produzierenden Reaktionen tatsächlich Mikroben im Labor halten können.
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