Кровавый водопад

Кровавый водопад, 2006 г.

Кровавый водопад у подножия ледника Тейлора , 2013 год.

Кровавый водопад — это истечение оксидом железа (III) соленой воды, испорченной шлейфа , стекающего с языка ледника Тейлора на покрытую льдом поверхность Западного озера Бонни в долине Тейлор в Сухих долинах Мак-Мердо на Земле Виктории , Восточная Антарктида. .

Богатая железом гиперсоленая вода время от времени выходит из небольших трещин в ледяных каскадах. Источник соленой воды представляет собой подледный бассейн неизвестного размера, покрытый льдом толщиной около 400 метров (1300 футов) в нескольких километрах от его крошечного выхода у Кровавого водопада.

Красноватое месторождение было обнаружено в 1911 году австралийским геологом Томасом Гриффитом Тейлором , который первым исследовал долину, носящую его имя. Пионеры Антарктиды сначала приписывали красный цвет красным водорослям , но позже было доказано, что он обусловлен оксидами железа.

Геохимия

Плохо растворимые водные оксиды железа откладываются на поверхности льда после того, как ионы железа, присутствующие в незамерзшей соленой воде, окисляются при контакте с кислородом воздуха . Более растворимые ионы двухвалентного железа первоначально растворяются в старой морской воде, запертой в древнем кармане, оставшемся от Антарктического океана , когда фьорд был изолирован ледником во время его развития в период миоцена , около 5 миллионов лет назад, когда уровень моря был выше сегодня.

В отличие от большинства антарктических ледников, ледник Тейлор не замерз до коренной породы , вероятно, из-за присутствия солей, концентрированных в результате кристаллизации древней морской воды , заключенной под ним. соли Криоконцентрирование происходило в глубокой реликтовой морской воде, когда чистый лед кристаллизовался и выбрасывал растворенные соли по мере остывания из-за теплообмена удерживаемой жидкой морской воды с огромной ледяной массой ледника. Как следствие, захваченная морская вода концентрировалась в рассолах с соленостью, в два-три раза превышающей соленость средней океанской воды . Вторым механизмом, иногда также объясняющим образование гиперсоленых рассолов, является испарение воды из поверхностных озер, непосредственно подвергающихся воздействию очень сухой полярной атмосферы в Сухих долинах Мак-Мердо. Анализ стабильных изотопов воды позволяет в принципе различать оба процесса до тех пор, пока не происходит смешения разнообразующих рассолов.

Гиперсоленая жидкость, случайно отобранная через трещину во льду, была бескислородной и богатой сульфатом и ионами железа. Сульфат является остаточным геохимическим признаком морских условий, в то время как растворимое двухвалентное железо, вероятно, высвобождалось в восстановительных условиях из минералов подледной коренной породы, выветриваемых микробной деятельностью.

Микробная экосистема

Схематический разрез Кровавого водопада, показывающий, как подледные микробные сообщества выживали в холоде, темноте и отсутствии кислорода в течение миллиона лет в соленой воде под ледником Тейлор .

Химический и микробный анализы показывают, что возникла редкая подледная экосистема автотрофных , бактерий метаболизирующих сульфат и ионы железа . По словам геомикробиолога Джилл Микаки из Университета Теннесси , образцы воды из Кровавого водопада содержали по меньшей мере 17 различных типов микробов и почти не содержали кислорода. Объяснение может заключаться в том, что микробы используют сульфат для дыхания ионами железа и метаболизируют следы органического вещества, захваченного ими. Такой метаболический процесс никогда ранее не наблюдался в природе.

Загадочным наблюдением является сосуществование ионов железа и сульфата в бескислородных условиях. не Сульфид- анионы в системе обнаружены. Это предполагает сложное и плохо изученное взаимодействие между биохимическими циклами серы и железа .

В декабре 2014 года ученые и инженеры под руководством Микуки вернулись на ледник Тейлор и использовали зонд под названием IceMole , разработанный немецкой коллаборацией, чтобы расплавиться в леднике и напрямую взять образцы соленой воды (рассола), питающей Кровавый водопад.

Образцы были проанализированы и выявили холодный (-7 ° C (19 ° F)), богатый железом (3,4 мМ) подледный рассол (8% хлорида натрия ). Из этих образцов ученые выделили и охарактеризовали тип бактерий, способных расти в соленой воде ( галофильные ), процветающих на холоде ( психрофильных ) и гетеротрофных , которые они отнесли к роду Marinobacter . анализ ДНК Биоинформатический показал наличие как минимум четырех кластеров генов, участвующих во вторичном метаболизме. кластера генов связаны с производством арилполиенов Два , которые действуют как антиоксиданты , защищающие бактерии от активных форм кислорода . Другой кластер генов, по-видимому, участвует в биосинтезе терпенов и, скорее всего, производит пигменты . Другие идентифицированные бактерии: Thiomicrospira sp. и Desulfocapsa sp.

Последствия для гипотезы Земли-снежка

По данным Микуки и др. (2009), ныне недоступный подледный бассейн был изолирован от 1,5 до 2 миллионов лет назад и превратился в своего рода «капсулу времени», изолирующую древнюю микробную популяцию на достаточно долгое время, чтобы она могла развиваться независимо от других подобных морских организмов. Это объясняет, как другие микроорганизмы могли выжить, когда Земля (согласно гипотезе Земли-снежка ) была полностью заморожена.

Покрытые льдом океаны, возможно, были единственным убежищем для микробных экосистем, когда Земля, по-видимому, была покрыта ледниками в тропических широтах во время протерозоя , около 650–750 миллионов лет назад.

Последствия для астробиологии

Это необычное место предлагает ученым уникальную возможность изучать глубоко подповерхностную микробную жизнь в экстремальных условиях без необходимости бурения глубоких скважин в полярной ледяной шапке , что связано с риском загрязнения хрупкой и все еще нетронутой окружающей среды.

Изучение суровых условий на Земле полезно для понимания диапазона условий, к которым может адаптироваться жизнь, и для более точной оценки возможности существования жизни в других частях Солнечной системы, в таких местах, как Марс или Европа , покрытый льдом спутник Юпитера. . Ученые из Института астробиологии НАСА предполагают, что эти миры могут содержать подледную жидкую водную среду, благоприятную для размещения элементарных форм жизни, которые на глубине будут лучше защищены от ультрафиолета и космического излучения, чем на поверхности.

См. также

• Экстремофилы (организмы, устойчивые к экстремальным условиям)
  • Психрофилы (бактерии, устойчивые к холоду)
• Криоконцентрирование гиперсоленых рассолов
  • Эвтектическая система
  • Депрессия точки замерзания
• Жизнь на Марсе

Дальнейшее чтение

• Лерман, Авраам (февраль 2009 г.). «Ответ соленых озер на глобальные изменения». Водная геохимия . 15 (1–2): 1–5. Бибкод : 2009AqGeo..15....1L . дои : 10.1007/s10498-008-9058-8 . S2CID   129653802 .
• Грин, Уильям Дж.; Лайонс, В. Берри (февраль 2009 г.). «Соленые озера Сухих долин Мак-Мердо, Антарктида». Водная геохимия . 15 (1–2): 321–348. Бибкод : 2009AqGeo..15..321G . дои : 10.1007/s10498-008-9052-1 . S2CID   128898063 .
• Клюгер, Джеффри (18 апреля 2009 г.). «Организм выживает в Антарктиде и, возможно, на Марсе» . Время .
• Тирни, Джон (19 апреля 2009 г.). «Темная тайна Кровавого водопада» . Нью-Йорк Таймс .
• «Недавно обнаруженные виды, дышащие железом, жили в холодной изоляции в течение миллионов лет» . ScienceDaily . Гарвардский университет. 17 апреля 2009 г.
• Бэджли, Джессика А.; Петтит, Эрин С.; Карр, Кристина Г.; и др. (24 апреля 2017 г.). «Ингляциальная гидрологическая система рассола внутри холодного ледника: Кровавый водопад, Сухие долины Мак-Мердо, Антарктида» . Журнал гляциологии . 63 (239): 387–400. Бибкод : 2017JGlac..63..387B . дои : 10.1017/jog.2017.16 .

Внешние ссылки

• Кровавый водопад, сухие долины Антарктиды , фото обсерватории Земли НАСА.
• Кровавый водопад - 100 чудес на YouTube от Atlas Obscura