Используя передовые микроскопы и технологии обработки изображений для изучения крошечных карманов жидкости, заключенных в древних минералах, ученые получили новое представление о том, как морские воды менялись с течением времени и как они могут измениться в будущем. Исследователи сосредоточились на небольших образцах морской воды, запечатанных в течение 390 миллионов лет и это может дать информацию не только в области науки о климате, но и открыть новые возможности в безопасном хранении водорода как чистого источника энергии.
На самом деле прорыв произошел случайно, когда исследовательская группа из США и Канады первоначально изучала способ выщелачивания мышьяка из минерала под названием пирит. Их также называют фрамбоидами, и это название произошло от французского слова «малина», из-за их сходства с этими фруктами под микроскопом. Этот тщательный осмотр привел к тому, что команда обнаружила крошечные дефекты в своих образцах, которые оказались маленькими пузырьками, похожими на те, которые вы можете увидеть в поделочных камнях.
«Сначала мы посмотрели на эти образцы в электронный микроскоп, и мы увидели такого рода мини-пузырьки или мини-особенности внутри фрамбоида и задались вопросом, что это такое», — Сандра Тейлор, первый автор исследования и научный сотрудник Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории.
Затем команда обратилась к комбинации инструментов, чтобы найти некоторые ответы, включая масс-спектрометрию и атомно-зондовую томографию, что позволило им изучить наноразмерные характеристики пузырька и составить химический профиль жидкости. Это знаменует собой шаг вперед для этого типа химического анализа, и команда смогла подтвердить, что пузырек содержал морскую воду, а ее соль имела определенный набор характеристик.
«Мы обнаружили, что на самом деле можем извлечь информацию из этих минеральных особенностей, которая может помочь в геологических исследованиях, таких как химия морской воды с древних времен», — говорит Тейлор.
Этот анализ подтвердил, что вода, запертая внутри пирита в течение 390 миллионов лет, соответствовала химическому составу древнего внутреннего моря в регионе, из которого она была получена. Этот водоем в северной части штата Нью-Йорк простирался от современного Мичигана в США до Онтарио в Канаде и отличался обширными коралловыми рифами и морскими скорпионами размером с пикап.
Таким образом, результаты подтверждают правильность метода команды для точной характеристики содержимого этих типов древних водяных пузырьков, что может помочь заполнить большие пробелы в геологической летописи. Залежи полезных ископаемых могут помочь ученым рассчитать исторические температуры или другие характеристики океана, но некоторые из них даются легче, чем другие. Относительное изобилие пирита вселяет в ученых оптимизм, когда дело доходит до уточнения важных деталей.
«Мы используем месторождения полезных ископаемых для оценки температуры древних океанов», — сказал Дэниел Грегори, геолог из Университета Торонто и один из руководителей исследования. «Солевые отложения из захваченной морской воды (галиты) относительно редки в летописи горных пород, поэтому в записях отсутствуют миллионы лет, и то, что мы в настоящее время знаем, основано на нескольких местах, где был обнаружен галит. Отбор проб с помощью этой техники может открыть миллионы лет геологической летописи и привести к новому пониманию изменения климата».
Ученые говорят, что в дополнение к развитию науки о климате это исследование также закладывает основу для новых технологий, которые могут безопасно хранить водород или другие газы под землей в геологических резервуарах. Крошечные легкие молекулы, из которых состоит водород, делают его невероятно трудным для хранения газом и являются настоящим препятствием на пути его широкого использования в качестве источника энергии, но детальное понимание его взаимодействия с горными породами может привести к новым решениям этой проблемы.
«Водород исследуется как источник топлива с низким содержанием углерода для различных энергетических применений», — объясняет Тейлор. «Это требует возможности безопасного извлечения и хранения больших объемов водорода в подземных геологических резервуарах. Поэтому важно понимать, как водород взаимодействует с горными породами. Атомно-зондовая томография — это один из немногих методов, с помощью которого можно не только измерить количество атомов водорода, но и фактически увидеть, где он находится в минерале. Это исследование предполагает, что крошечные дефекты в минералах могут быть потенциальными ловушками для водорода. Таким образом, используя эту технику, мы могли бы выяснить, что происходит на атомном уровне, что затем помогло бы в оценке и оптимизации стратегий хранения водорода в недрах».
Исследование было опубликовано в журнале Earth and Planetary Science Letters.
Источник: Pacific Northwest National Laboratory.
