Глубокая углеродная обсерватория
 | |
| Аббревиатура | ИДК |
|---|---|
| Формирование | 2009 |
| Цель | Изменение нашего понимания углерода в недрах Земли |
Членство | 957 ученых из 47 стран (по состоянию на январь 2017 г.) [1] |
| Веб-сайт | "deepcarbon.science" . |
Deep Carbon Observatory ( DCO ) — это глобальная исследовательская программа, призванная изменить понимание роли углерода на Земле. DCO — это сообщество ученых, включающее биологов, физиков, геофизиков и химиков, чья работа пересекает несколько традиционных дисциплинарных направлений с целью развития новой, интегративной области науки о глубоком углероде. В дополнение к этим исследованиям инфраструктура DCO включает вовлечение общественности и обучение, онлайн- и офлайн-поддержку сообщества, инновационное управление данными и разработку новых приборов. [2]
В декабре 2018 года исследователи объявили, что значительное количество форм жизни , в том числе 70% бактерий и архей на Земле , содержащих до 23 миллиардов тонн углерода как минимум 4,8 км (3,0 мили) , живут на глубине , в том числе на глубине 2,5 км (3,0 мили). 1,6 мили) ниже морского дна. Согласно десятилетнему проекту обсерватории Deep Carbon, глубина [3] [4] [5]
История
[ редактировать ]В 2007 году Роберт Хейзен , старший научный сотрудник геофизической лаборатории Института Карнеги (Вашингтон, округ Колумбия), выступил в клубе Century Club в Нью-Йорке о происхождении жизни на Земле и о том, как геофизические реакции могли сыграть решающую роль в развитие жизни на Земле. Джесси Осубель , преподаватель Университета Рокфеллера и директор программы Фонда Альфреда П. Слоана , присутствовал на мероприятии и позже разыскал книгу Хейзена « Бытие: научные поиски истоков жизни» .
После двух лет планирования и сотрудничества Хейзен и его коллеги в августе 2009 года официально открыли Глубокую углеродную обсерваторию (DCO), секретариат которой располагался в Геофизической лаборатории Института Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия. Хейзен и Осубель вместе с более чем 100 учеными, приглашенными для участия в семинаре по глубокому углеродному циклу в 2008 году, расширили свою первоначальную идею. Группа больше не сосредотачивалась исключительно на происхождении жизни на Земле, а вместо этого разъяснила свою позицию для дальнейшего человеческого понимания Земли: углерод, этот критический элемент, должен был занять центральное место. [2]
Глубокий углеродный цикл
[ редактировать ]Исследования Deep Carbon Observatory рассматривают глобальный углеродный цикл за пределами поверхности Земли. Он исследует органический синтез при высоких давлениях и экстремальных температурах, сложные взаимодействия между органическими молекулами и минералами, проводит полевые наблюдения за глубинными микробными экосистемами и аномалиями в геохимии нефти, а также строит теоретические модели источников и поглотителей углерода в нижней коре и верхней мантии .
Исследовательские программы
[ редактировать ]Обсерватория Deep Carbon состоит из четырех научных сообществ, занимающихся темами резервуаров и потоков, глубокой жизни, глубокой энергетики, а также экстремальной физики и химии.
Резервуары и потоки
[ редактировать ]Сообщество резервуаров и потоков исследует хранение и транспортировку углерода в глубоких недрах Земли. Субдукция тектонических плит и вулканическое выделение газа являются основными переносчиками потоков углерода в глубины Земли и обратно, но процессы и скорости этих потоков, а также их изменения на протяжении истории Земли остаются плохо изученными. Кроме того, исследования DCO примитивных хондритических метеоритов показывают, что Земля относительно обеднена легко летучими элементами по сравнению с хондритами, хотя исследования DCO дополнительно изучают, могут ли большие резервуары углерода быть скрыты в мантии и ядре. Члены Сообщества резервуаров и потоков проводят исследования в рамках проекта глубокой дегазации углерода под землей, чтобы добиться ощутимого прогресса в количественном определении количества углерода, выделяемого из глубоких недр Земли (ядро, мантия, кора) в поверхностную среду (например, биосферу). , гидросфера, криосфера, атмосфера) посредством естественных процессов.
Глубокая жизнь
[ редактировать ]Земли Сообщество Deep Life документирует крайние пределы и глобальные масштабы подземной жизни на нашей планете, исследуя эволюционное и функциональное разнообразие глубинной биосферы и ее взаимодействие с углеродным циклом. Сообщество Deep Life составляет карту численности и разнообразия подземных морских и континентальных микроорганизмов во времени и пространстве в зависимости от их геномных и биогеохимических свойств, а также их взаимодействия с глубинным углеродом.
Объединяя оценки биомолекул и клеток in situ и in vitro , Сообщество Deep Life исследует экологические пределы выживания, метаболизма и воспроизводства глубокой жизни. Полученные данные служат основой для экспериментов и моделей, изучающих влияние глубинной жизни на углеродный цикл и связь глубинной биосферы с поверхностным миром. [6] Члены сообщества Deep Life проводят исследования в рамках «Переписи глубоководной жизни», целью которой является выявление разнообразия и распределения микробной жизни в континентальных и морских глубинных недрах, а также изучение механизмов, управляющих эволюцией и распространением микробов в глубоководных глубинах. биосфера. [7]
В декабре 2018 года исследователи объявили, что значительное количество форм жизни , в том числе 70% бактерий и архей на Земле , содержащих до 23 миллиардов тонн углерода , живут на глубине как минимум 4,8 км (3,0 мили), в том числе на глубине 2,5 км (3,0 мили). Согласно десятилетнему проекту обсерватории Deep Carbon, глубина 1,6 мили) ниже морского дна. [3] [4] [5]
Глубокая энергия
[ редактировать ]Сообщество Deep Energy занимается количественной оценкой условий и процессов окружающей среды от молекулярного до глобального масштаба, которые контролируют происхождение, формы, количества и движение восстановленных углеродных соединений, полученных из глубинного углерода, в глубоком геологическом времени. Сообщество Deep Energy использует полевые исследования примерно 25 глобально репрезентативных наземных и морских сред для определения процессов, контролирующих происхождение, форму, количество и движение абиотических газов и органических видов в земной коре и верхних слоях мантии. Deep Energy также использует приборы, спонсируемые DCO, особенно революционные измерения изотопологов, чтобы различать абиотический и биотический газ метан и органические виды, отобранные из глобальных наземных и морских месторождений. Еще одним исследовательским направлением Deep Energy является количественная оценка механизмов и скорости взаимодействия жидкости и породы, в результате которых образуется абиотический водород и органические соединения, в зависимости от температуры, давления, жидкого и твердого состава. [8]
Экстремальная физика и химия
[ редактировать ]В результате серии семинаров DCO инициировал создание дополнительного научного сообщества для изучения физики и химии углерода в экстремальных условиях. Основная цель Сообщества экстремальной физики и химии — улучшить понимание физического и химического поведения углерода в экстремальных условиях, наблюдаемых в глубоких недрах Земли и других планет. Исследования в области экстремальной физики и химии изучают термодинамику углеродсодержащих систем, химическую кинетику химических глубоких углеродных процессов, биологию и биофизику высокого давления , физические свойства водных жидкостей , теоретическое моделирование углерода и его соединений при высоких давлениях и температурах, а также твердотельные процессы. взаимодействие жидкостей в экстремальных условиях. Сообщество экстремальной физики и химии также стремится идентифицировать возможные новые углеродсодержащие материалы в недрах Земли и планет, охарактеризовать свойства этих материалов и определить реакции в условиях, соответствующих недрам Земли и планет. [9]
Интеграция открытий
[ редактировать ]По мере того, как DCO приближается к завершению в 2020 году, он интегрирует открытия, сделанные его исследовательскими сообществами, во всеобъемлющую модель углерода на Земле, а также в другие модели и продукты, предназначенные как для научного сообщества, так и для широкой общественности. [10]
Основные исследования
[ редактировать ]Основные исследования на сегодняшний день включают в себя:
- сверхглубокие алмазы , находящиеся на глубине > 670 км в мантии, содержат геохимические признаки органического материала с поверхности Земли, что подчеркивает роль субдукции в круговороте углерода. [11]
- может содержаться значительное количество карбида железа в ядре Земли , на долю которого приходится примерно две трети углеродного баланса Земли. [12]
- Масс-спектрометрия нового поколения позволила точно определить изотопологи метана для выявления абиогенных источников метана в земной коре и мантии. [13]
- геосфера и биосфера демонстрируют сложную взаимосвязанную эволюцию; разнообразие и экология углеродсодержащих минералов на Земле точно отражают основные события в истории Земли, такие как Великое событие окисления. [14]
- известные пределы микробной жизни были расширены с точки зрения давления и температуры; теперь известно, что сложные микробы процветают на глубине до 2,5 км в океанической коре. [15]
- вулканический поток CO 2 в атмосферу вдвое превышает мыслившийся ранее (хотя этот поток остается на два порядка ниже антропогенных потоков CO 2 ) [16]
- открытие очагов древних соленых флюидов в континентальной коре, изолированных на протяжении > 2,6 млрд лет назад, богатых H 2 , CH 4 и 4 Он предоставил доказательства существования ранней земной коры, возможно, способной содержать жизнь. [17]
- глубокая биосфера является одной из крупнейших экосистем на Земле и содержит от 15 000 до 23 000 мегатонн (миллионов метрических тонн) углерода (примерно в 250–400 раз больше, чем масса углерода всех людей на поверхности Земли). [18]
Углерод в Земле
[ редактировать ]Углерод в Земле — это 75-й том «Обзоров по минералогии и геохимии» ( RiMG ). Он был выпущен в открытом доступе 11 марта 2013 года. В каждой главе « Углерод на Земле» синтезируется то, что известно о глубоком углероде, а также излагаются оставшиеся без ответа вопросы, которые будут направлять будущие исследования DCO. [19] Обсерватория Deep Carbon поощряет публикации в открытом доступе и стремится стать лидером в области наук о Земле в этом отношении. Финансирование DCO может быть использовано для покрытия расходов на публикацию в открытом доступе. [20]
Наука о данных Deep Carbon Observatory
[ редактировать ]Последние достижения в методах генерации данных приводят к усложнению данных. В то же время научные и инженерные дисциплины быстро становятся все более и более ориентированными на данные с конечной целью лучшего понимания и моделирования динамики сложных систем. Однако сложные данные требуют интеграции информации и знаний в различных масштабах и преодоления традиционных дисциплинарных границ. Значительные достижения в методах, инструментах и приложениях для науки о данных и информатики за последние пять лет теперь могут быть применены к мульти- и междисциплинарным проблемным областям. Учитывая эти проблемы, становится ясно, что каждое исследовательское сообщество DCO сталкивается с разнообразными потребностями в области науки о данных и управления данными для достижения как своих основных целей, так и своих повседневных задач. Группа по науке о данных Deep Carbon Observatory занимается наукой о данных и управлением данными для каждой программы DCO и для DCO в целом, используя сочетание информационных методов, разработки сценариев использования, анализа требований, инвентаризации и интервью. [21]
Ученые
[ редактировать ]Список некоторых ученых, участвующих в работе Deep Carbon Observatory:
- Питер Клифт , Университет штата Луизиана
- Фредерик Колвелл , Университет штата Орегон
- Изабель Даниэль , Университет Клода Бернара, Лион 1
- Стивен Д'Хондт , Университет Род-Айленда
- Мари Эдмондс , Кембриджский университет
- Питер Фокс , Политехнический институт Ренсселера
- Марк С. Гиорсо , OFM Research
- Роберт Хейзен , Институт науки Карнеги
- Рассел Дж. Хемли , Университет Джорджа Вашингтона
- Кай-Уве Хинрикс , Бременский университет
- Джули Хубер , Морская биологическая лаборатория и Университет Брауна
- Фумио Инагаки , Японское агентство по морским наукам и технологиям о Земле (JAMSTEC)
- Луиза Х. Келлог , Калифорнийский университет, Дэвис
- Марк А. Левер , ETH Zurich
- Джи Джеки Ли , Мичиганский университет
- Таллис Онстотт , Принстонский университет
- Барбара Шервуд Лоллар , Университет Торонто
- Сяоган Ма , Политехнический институт Ренсселера и Университет Айдахо
- Крейг Э. Мэннинг , Калифорнийский университет, Лос-Анджелес
- Бет Оркатт , Лаборатория наук об океане Бигелоу
- Терри Планк , Колумбийский колледж, Колумбийский университет
- Митчелл Согин , Морская биологическая лаборатория
- Дмитрий Сверженский , Университет Джонса Хопкинса
- Эмили Томассо , Университет Лотарингии
- Роланд Винтер , Технический университет Дортмунда
- Фэнпин Ван , Шанхайский университет Цзяо Тонг
- Майкл Дж. Уолтер , Институт Карнеги, Вашингтон
- Юнг-Фу Линь , Техасский университет в Остине
- Венди Мао , Стэнфордский университет
СМИ
[ редактировать ]11 апреля 2020 года Австралийской радиовещательной корпорации транслировало Научное шоу 37-минутный радиодокументальный фильм об DCO. [22]
См. также
[ редактировать ]- Углеродистый хондрит
- Углеродный минеральный вызов
- Проект глубокой дегазации углерода под землей
- Немецкая континентальная программа глубокого бурения
- Японская национальная корпорация нефти, газа и металлов
- Комплексная программа океанского бурения
- Кольская сверхглубокая скважина
- Орбитальная углеродная обсерватория
- Проект Мохоле
- Серпентинит
- Земной биологический углеродный цикл
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Браузер людей» . Портал данных обсерватории Deep Carbon . Архивировано из оригинала 15 января 2019 года . Проверено 31 января 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б «О ДКО» . Глубокая углеродная обсерватория. 1 декабря 2013 года . Проверено 2 августа 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б Deep Carbon Observatory (10 декабря 2018 г.). «Жизнь в глубинах Земли насчитывает от 15 до 23 миллиардов тонн углерода – в сотни раз больше, чем у людей» . ЭврекАлерт! . Проверено 11 декабря 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б Докрилл, Питер (11 декабря 2018 г.). «Ученые обнаружили огромную биосферу жизни, скрытую под поверхностью Земли» . Научное предупреждение . Проверено 11 декабря 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б Габбатисс, Джош (11 декабря 2018 г.). «Масштабное исследование «глубинной жизни» выявило миллиарды тонн микробов, живущих далеко под поверхностью Земли» . Независимый . Проверено 11 декабря 2018 г.
- ^ «Сообщество DCO Deep Energy» . Глубокая углеродная обсерватория. 22 июня 2015 г. Архивировано из оригинала 15 января 2019 г. . Проверено 13 августа 2015 г.
- ^ «Перепись глубинной жизни» . Проверено 28 сентября 2016 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ «Сообщество DCO Deep Life» . Глубокая углеродная обсерватория. 22 июня 2015 года. Архивировано из оригинала 14 марта 2016 года . Проверено 13 августа 2015 г.
- ^ «Экстремальная физика и химия DCO» . Глубокая углеродная обсерватория. 22 июня 2015 г. Архивировано из оригинала 15 января 2019 г. . Проверено 13 августа 2015 г.
- ^ «Синтез нашего понимания глубокого углерода Земли» . Эос . 21 февраля 2017 года . Проверено 28 февраля 2017 г.
- ^ Сверженский Д.А.; Стагно, В.; Хуанг, Ф. (2014). «Важная роль органического углерода в жидкостях зоны субдукции в глубоком углеродном цикле». Природа Геонауки . 7 (12). Природа: 909–913. Бибкод : 2014NatGe...7..909S . дои : 10.1038/ngeo2291 . S2CID 129027566 .
- ^ Чен, Б.; Ли, З. (2014). «Скрытый углерод во внутреннем ядре Земли, обнаруженный при сдвиговом размягчении плотного Fe 7 C 3 » . Труды Национальной академии наук . 111 (501). ПНАС: 17755–17758. Бибкод : 2014PNAS..11117755C . дои : 10.1073/pnas.1411154111 . ПМЦ 4273394 . ПМИД 25453077 .
- ^ Янг, ЭД; Рамбл, Д. (2016). «Многоколлекторный масс-спектрометр соотношения изотопов большого радиуса и высокого массового разрешения для анализа редких изотопологов O 2 , N 2 , CH 4 и других газов» . Международный журнал масс-спектрометрии . 401 . Эльзевир: 1–10. Бибкод : 2016IJMSp.401....1Y . дои : 10.1016/j.ijms.2016.01.006 .
- ^ Хазен, РМ; Даунс, Р. (2013). «Эволюция углеродных минералов». Обзоры по минералогии и геохимии . 75 (1). Минералогическое общество Америки: 79–107. Бибкод : 2013RvMG...75...79H . дои : 10.2138/rmg.2013.75.4 . S2CID 11231102 .
- ^ Инагаки, Ф.; Хинрикс, К.-У. (2015). «Изучение глубокой микробной жизни в угленосных отложениях на глубине примерно 2,5 км ниже дна океана» . Наука . 349 (6246). АААС: 420–424. Бибкод : 2015Sci...349..420I . дои : 10.1126/science.aaa6882 . hdl : 2164/5437 . ПМИД 26206933 .
- ^ Бертон, MR; Сойер, генеральный менеджер (2013). «Глубокие выбросы углерода из вулканов». Обзоры по минералогии и геохимии . 75 (1). Минералогическое общество Америки: 323–354. Бибкод : 2013RvMG...75..323B . дои : 10.2138/rmg.2013.75.11 . S2CID 40837288 .
- ^ Холланд, Г.; Лоллар, Б.С. (2013). «Жидкости глубокого разрыва, изолированные в земной коре с докембрийской эпохи». Природа . 497 (7449): 357–360. Бибкод : 2013Natur.497..357H . дои : 10.1038/nature12127 . ПМИД 23676753 . S2CID 4392753 .
- ^ Эндрюс, Робин. «В земной коре скрывается колоссальный рог изобилия экзотической жизни» . Форбс .
- ^ «Углерод на Земле» . Обзоры по минералогии и геохимии. 27 февраля 2013.
Публикация в открытом доступе .
- ^ «Политика открытого доступа и данных DCO» . Глубокая углеродная обсерватория. 22 января 2014 г. Архивировано из оригинала 28 марта 2014 г.
- ^ «Наука о данных глубинной углеродной обсерватории» . Политехнический институт Ренсселера. 8 августа 2012 г.
- ^ Углеродный цикл показывает степень нашего воздействия на атмосферу и новую жизнь. Углерод, выделяемый в результате раскопок и сжигания ископаемого топлива, в сто раз превышает объем выбросов в результате вулканической активности. , Карл Смит, Научное шоу , 11 апреля 2020 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Глубокая углеродная обсерватория (DCO)» .
- «Углерод на Земле» . Обзоры по минералогии и геохимии . 27 февраля 2013.
Публикация в открытом доступе .