MOSKWA, 24 października - RIA Novosti. Rosyjscy i zagraniczni naukowcy pracujący w ramach projektu Borexino po raz pierwszy dokładnie obliczyli liczbę różnych typów neutrin, które powstają we wnętrzu Słońca podczas reakcji termojądrowych. Wyniki wieloletnich obserwacji zostały przedstawione w czasopiśmie Nature.
„Neutrina produkowane w różnych reakcjach na Słońcu mają różne energie. Dlatego ich badanie nie tylko przyczynia się do badania oscylacji neutrin, ale także pozwala szukać efektów poza Modelem Standardowym fizyki cząstek elementarnych, takich jak np. -Standardowe oddziaływania neutrin i przejścia neutrin do stanu sterylnego" - powiedział Alexander Chepurnov z Instytutu Fizyki Jądrowej Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego.
Kosmiczne duchy
Neutrina to najmniejsze cząstki elementarne, które „komunikują się” z otaczającą materią jedynie za pomocą grawitacji i tzw. oddziaływań słabych, które ujawniają się tylko na odległościach znacznie mniejszych niż rozmiar jądra atomowego. W połowie ubiegłego wieku naukowcy odkryli trzy rodzaje takich cząstek - neutrina tau, mionowe i elektronowe oraz ich "złe bliźniaki" - antyneutrina.
Obserwacje Słońca w latach 60. i eksperymenty laureatów Nagrody Nobla Arthura McDonalda i Takaaki Kajity ujawniły dwie ważne rzeczy – że neutrina różnych typów mogą okresowo zamieniać się w siebie – proces, który naukowcy nazywają „oscylacjami” i że mają one niezerową masę. Od tego czasu naukowcy monitorują ten proces, próbując obliczyć masę neutrin na podstawie tego, jak „chętnie” różne typy tych cząstek zamieniają się w dwa pozostałe.
Odkrycie laureatów Nagrody Nobla utwierdziło wielu fizyków w przekonaniu, że istnieje również czwarty rodzaj tych cząstek – tzw. neutrina „sterylne”. Muszą mieć niezwykle dużą masę i nie oddziaływać z inną materią tylko za pomocą sił przyciągania. Te neutrina, jak sugerują kosmologowie, mogą być kluczem do wyjaśnienia ekspansji Wszechświata, znikania antymaterii i szeregu innych tajemnic wszechświata.
Obserwatorium neutrin Borexino, zbudowane w górach w środkowych Włoszech w 2007 roku, próbuje odkryć wszystkie te tajemnice, aby obserwować oscylacje neutrin słonecznych i przeprowadzić rodzaj „spisu” wśród tych nieuchwytnych cząstek.
Faktem jest, że różne typy reakcji termojądrowych w jelitach, podczas których rodzi się hel, lit, bor i inne pierwiastki, generują własne zestawy neutrin. Jeśli znasz proporcje i liczbę tych cząstek, możesz dokładnie wiedzieć, co dzieje się wewnątrz gwiazdy i czy te dane pokrywają się z tym, co przewiduje Model Standardowy i teorie powstawania gwiazd.
Sekrety Słońca
W ciągu ostatniej dekady, zauważa Chepurnov, zespół Borexino prowadził podobny „spis” cząstek, mierząc, ile neutrin o różnych energiach generowanych przez Słońce dotarło do 300-tonowej kadzi detektora zanurzonej w kilometrowym szybie w Gran Laboratorium Sasso.
Pomiary te pomogły naukowcom bardzo dokładnie obliczyć, ile neutrin rodzi się wewnątrz Słońca jako całości, z błędem około 10%, a także podczas rozpadu jąder berylu i boru, a także w reakcjach z udziałem par protonów i elektronów.
Na przykład, każdy centymetr kwadratowy powierzchni Słońca będzie wytwarzał około 61 miliardów tych cząstek na sekundę, a rozpady berylu powodują powstanie około pięciu miliardów „duchów”. Z kolei narodzinom atomów pierwiastków ciężkich towarzyszy powstawanie około 800 milionów neutrin.
Według fizyków prawie wszystkie "wyniki spisu" były dokładniejsze niż przewidywania Modelu Standardowego, dzięki czemu po raz pierwszy możliwe było bardzo dokładne przetestowanie obliczeń Słońca. We wszystkich trzech przypadkach, kontynuuje Chepurnov, poprawnie przewidziała, ile takich cząstek powinno się narodzić w trzewiach gwiazdy i ile z nich powinno się zmienić w drodze na Ziemię.
Zdaniem naukowców takie wyniki obserwacji nie tylko zawężają pole poszukiwań „nowej fizyki”, ale także potwierdzają, że reakcje termojądrowe były i pozostaną głównym źródłem energii i światła wewnątrz Słońca.
W przyszłości naukowcy planują bardzo dokładnie zmierzyć liczbę neutrin, które powstają podczas formowania się jąder węgla, azotu i tlenu. Dane te będą niezwykle ważne dla oszacowania, ile „metali” – pierwiastków cięższych od wodoru i helu – zawiera wnętrzności Słońca, co jest niezwykle ważne dla badania tajników życia największych gwiazd we Wszechświecie.
Mamy nadzieję, że pomogliśmy Ci rozwiązać problem z plikiem NSF. Jeśli nie wiesz, skąd możesz pobrać aplikację z naszej listy, kliknij w link (to nazwa programu) - znajdziesz bardziej szczegółowe informacje dotyczące miejsca, skąd pobrać bezpieczną wersję instalacyjną wymaganej aplikacji .
Co jeszcze może powodować problemy?
Powodów, dla których nie możesz otworzyć pliku NSF może być więcej (nie tylko brak odpowiedniej aplikacji).
po pierwsze- plik NSF może być niepoprawnie powiązany (skojarzony) z zainstalowaną aplikacją do jego obsługi. W takim przypadku musisz samodzielnie zmienić to połączenie. Aby to zrobić, kliknij prawym przyciskiem myszy plik NSF, który chcesz edytować, kliknij opcję "Otworzyć za pomocą" a następnie wybierz z listy zainstalowany program. Po takiej akcji problemy z otwarciem pliku NSF powinny całkowicie zniknąć.
Po drugie- plik, który chcesz otworzyć, może być po prostu uszkodzony. Wtedy najlepszym rozwiązaniem będzie znalezienie nowej jego wersji, bądź pobranie go raz jeszcze z tego samego źródła co poprzednio (być może z jakiegoś powodu w poprzedniej sesji pobieranie nie zostało dokończone i nie może być poprawnie otwarty).
Chcesz pomóc?
Jeżeli posiadasz dodatkowe informacje na temat rozszerzenia pliku NSF będziemy wdzięczni, jeżeli podzielisz się nimi z użytkownikami naszego serwisu. Skorzystaj z udostępnionego formularza i wyślij nam informacje o swoim pliku NSF.
25 października bez pompatycznych przemówień i czerwonej wstążki otwarto w Homlu obiekt, o którym mówi się w mieście od lata. A to... toaleta publiczna. Najdroższa, jak mówią, szafa publiczna w historii miasta już działa – zobaczcie, jak jest w środku.
W rzeczywistości toaleta w parku Homel miała zostać otwarta do nowego roku. Ale Forum Regionów dokonało własnych korekt - spotkali się pod koniec października.
Dziś obywatele mogą tak po prostu wejść do nowej toalety. Ale wkrótce, jak mówią pracownicy toalety, wejście będzie płatne. Koszt zwiedzania nie jest jeszcze znany.
Jak jednak i koszt samego obiektu. W mieście krążyły plotki, że na jego budowę wydano ponad 750 tysięcy dolarów. Ale w UKS ta informacja nie została nam potwierdzona, powołując się na fakt, że ostateczny koszt obiektu poznamy dopiero pod koniec listopada, kiedy księgowość dokona wszystkich obliczeń.
Wewnątrz znajduje się 15 kabin. Oprócz standardowych kabin męskich i damskich dostępne są kabiny dla osób niepełnosprawnych, a także dla dzieci.
Dodatkowo w środku znajduje się przewijak dla niemowląt oraz mała umywalka dla dzieci. Przy wejściu znajduje się elektryczna winda dla osób niepełnosprawnych.
Przypomnijmy, że budowa toalety odbywała się w trudnych warunkach krajobrazowych: przed rozpoczęciem prac część gleby musiała zostać usunięta i usunięta, po czym zbocze zostało wzmocnione betonową ścianą. Po zakończeniu budowy ziemia została zwrócona.
© AP Photo, Sam McNeil
Do początku lat 90. nikt nie podejrzewał, jak aktywne może być życie mieszkańców głębi ziemi. Dziś naukowcy uważają, że podziemne mikroby mogły pomóc w tworzeniu kontynentów, uwalnianiu tlenu i tworzeniu życia, jakie znamy. Magazyn Atlantic opowiada, jak badanie tych mikroorganizmów na naszej planecie może przyczynić się do odkrycia życia w kosmosie, na przykład na Marsie.
Atlantyk (USA): kosmici z głębin
Żyją tysiące metrów pod powierzchnią Ziemi. Żywią się wodorem i emitują metan. I są w stanie zmienić nasz świat bardziej fundamentalnie, niż możemy sobie wyobrazić.
Alexis Templeton wspomina 12 stycznia 2014 roku jako dzień, w którym woda eksplodowała. Butelka z wytrzymałego szkła Pyrex, szczelnie zamknięta i wypełniona wodą, eksplodowała jak balon.
Templeton jechała wówczas swoim Land Cruiserem, przejeżdżając przez wyboisty i skalisty teren doliny Wadi Lawayni, która jest szerokim pasem przecinającym góry Omanu. Zaparkowała samochód na betonowej platformie z widokiem na miejsce, w którym niedawno wywiercono studnię. Templeton otworzył wieko tej studni i opuścił butelkę w jej ponure głębiny, mając nadzieję na pobranie próbek wody z głębokości około 260 metrów.
Dolina Wadi Lawayni otoczona jest czekoladowo-brązowymi skalistymi szczytami, te skały są twarde jak ceramika, ale są zaokrąglone i opadające, przypominając bardziej starożytne cegły z błota. Ten fragment wnętrza Ziemi, porównywalny rozmiarami do stanu Wirginia Zachodnia, został wyciśnięty na powierzchnię w wyniku zderzenia płyt tektonicznych miliony lat temu. Te egzotyczne skały - to anomalie na powierzchni Ziemi - zmusiły Templetona do przybycia do Omanu.
Niedługo po tym, jak wyciągnęła z głębi studni butelkę wody, pękła ona pod wpływem wewnętrznego ciśnienia. Woda trysnęła z powstałych szczelin i syczała jak soda. Wybuchający w niej gaz nie był dwutlenkiem węgla, jak w napojach bezalkoholowych, ale wodorem, gazem palnym.
Templeton jest geobiologiem na Uniwersytecie Kolorado w Boulder i ten gaz ma dla niej szczególne znaczenie. „Organizmy kochają wodór”, mówi. To znaczy, uwielbiają to jeść. Sam wodór nie może być uważany za dowód istnienia życia. Sugeruje to jednak, że skały pod powierzchnią Ziemi mogą być dokładnie miejscem, w którym życie może się rozwijać.
Templeton jest jednym z rosnącej liczby naukowców, którzy wierzą, że głębiny Ziemi są wypełnione życiem. Według niektórych szacunków ta niezbadana część biosfery może zawierać od jednej dziesiątej do połowy całej żywej materii na Ziemi.
Naukowcy odkryli mikroby żyjące w skałach granitowych na głębokości około dwóch kilometrów (6000 stóp) w Górach Skalistych, a także w osadach morskich z czasów dinozaurów. Znaleźli nawet małe żywe stworzenia - robaki, krewetki stawonogi, wrotki fiszbinowe - w kopalniach złota w Afryce Południowej na głębokości 340 metrów (11 000 stóp).
My, ludzie, mamy tendencję do postrzegania świata jako litej skały pokrytej cienką warstwą życia. Jednak dla naukowców takich jak Templeton planeta wygląda bardziej jak krąg sera, którego gęste brzegi są nieustannie niszczone przez mnożące się mikroby żyjące w jej głębi. Te stworzenia żywią się źródłami, które nie tylko wydają się niejadalne, ale także niematerialne - mówimy o rozpadzie atomowym pierwiastków promieniotwórczych, o procesie, który zachodzi w wyniku nacisku skał, gdy zapadają się w głąb Ziemi i rozkładają się. , a może nawet o trzęsieniach ziemi.
Kontekst
Vox: Zima nuklearna na Ziemi jest lepsza niż lato na Marsie
Głos 23.10.2018Videnskab: Pięć niesamowitych zdolności ssaków
Videnskab 14.10.2018Nautilus: Siedem wspaniałych miejsc, które cię zabiją
Nautilus 02.09.2018Templeton przybył do Omanu, aby znaleźć ukryte oazy życia. Syk gazu wodorowego w 2014 roku był ważnym dowodem na to, że była na dobrej drodze. Tak więc w styczniu ubiegłego roku Templeton i jej koledzy wrócili do Omanu, aby wywiercić studnię na głębokość 400 metrów (1300 stóp) i spróbować odnaleźć mieszkańców tych głębin.
Pewnego gorącego zimowego wieczoru przeszywający dźwięk rozległ się na wypalonych słońcem przestrzeniach doliny Wadi Lawayna. Niemal na środku tej doliny pojawił się buldożer. A przed nim zamontowano szyb wiertniczy, który mógł obracać się z prędkością kilku obrotów na minutę.
Platformę obsługiwało pół tuzina mężczyzn w hełmach, głównie indyjskich robotników wynajętych przez lokalną firmę. Templeton i pół tuzina innych naukowców i doktorantów stali kilka metrów dalej, w cieniu markizy, która kołysała się na delikatnym wietrze. Wszyscy pochylali się nad swoimi stołami, badając próbki skał, które pracownicy przynosili na górę mniej więcej co godzinę.
Ta platforma wiertnicza pracowała przez cały dzień, a napływające próbki gleby zmieniały kolor wraz ze wzrostem głębokości. Pierwsze kilka metrów skały miało pomarańczowy lub żółty odcień, co wskazywało, że tlen z powierzchni przekształcił żelazo zawarte w skale w rdzawe minerały. Na głębokości 20 metrów zniknęły ślady tlenu, kamienie pociemniały do zielonkawo-różowego koloru z czarnymi smugami.
– Piękny kamień – powiedziała Templeton, gładząc jego powierzchnię dłonią w lateksowej rękawiczce. Jej okulary były podciągnięte i spoczywały na prostych, ciemnoblond włosach, odsłaniając policzki pociemniałe od lat pracy na statkach, na tropikalnych wyspach, w szerokościach geograficznych Arktyki i gdzie indziej. „Mam nadzieję, że zobaczę więcej tego rodzaju materiału” – powiedziała.
Ten zielonkawo-czarny kamień dał jej przebłysk czegoś, co jest prawie niemożliwe do zobaczenia nigdzie indziej na naszej planecie.
Okazało się, że te próbki skał, wyniesione na powierzchnię z dużych głębokości, były bogate w żelazo – żelazo w postaci minerałów, które na ogół nie przetrwały na powierzchni Ziemi. To podziemne żelazo jest tak reaktywne chemicznie, że ma tendencję do łączenia się z tlenem tak bardzo, że gdy wchodzi w kontakt z wodą pod ziemią, cząsteczki wody pękają. Wyciąga tlen z wody i pozostawia wodór.
Geolodzy nazywają ten proces „serpentynizacją” ze względu na kręte ślady czarnych, zielonych i białych minerałów, które pozostawia. Serpentynizacja występuje zwykle w miejscach niedostępnych dla człowieka, m.in. na głębokości kilku tysięcy metrów pod dnem Oceanu Atlantyckiego.
A tutaj, w Omanie, głębokie skały są tak blisko powierzchni, że serpentynizacja następuje zaledwie kilkaset metrów pod naszymi stopami. Wodór, który pękł w butelce Templetona w 2014 roku, był niewielką próbką procesu serpentynizacji; studnia wywiercona kilka lat temu w tym rejonie wyprodukowała tak dużo wodoru, że groziła nawet eksplozja, w wyniku czego rząd został zmuszony do jej pilnego zabetonowania.
Wodór to specjalna substancja. Był używany jako jeden z komponentów paliwowych do wystrzelenia statku kosmicznego Apollo i promów kosmicznych na orbitę i jest jednym z najgęstszych energetycznie pierwiastków występujących naturalnie na Ziemi. To sprawia, że jest ważnym pokarmem dla drobnoustrojów żyjących pod powierzchnią Ziemi.
© AP Photo, Sam McNeil Fragmenty skał przeznaczone do badań geologicznych
W sumie drobnoustroje żyjące pod górami we wschodnim Omanie mogą zużywać tony wodoru rocznie, co powoduje powolne i kontrolowane spalanie gazu, które jest precyzyjnie kontrolowane przez enzymy znajdujące się w ich wypełnionych wodą komórkach.
Jednak wodór to tylko połowa równania życia – aby wyprodukować energię z wodoru, drobnoustroje potrzebują czegoś innego, aby go spalić, tak jak ludzkość musi wdychać tlen, aby przetwarzać żywność. Głównym zadaniem Templetona jest właśnie zrozumienie, jak mikroby „oddychają” na takiej głębokości pod Ziemią, gdzie nie ma tlenu.
O drugiej po południu poobijany pickup jedzie do miejsca wiercenia wzdłuż zakurzonej i błotnistej drogi. Idzie za nim, dokładnie jeden po drugim, sześć wielbłądów, z głowami kołyszącymi się na wietrze. To lokalne zwierzęta, są przywiązane krótkimi smyczami i zmierzają na nowe pastwisko, położone gdzieś w tej dolinie.
Templeton, zapominając o wielbłądach, nagle krzyknęła, nie kryjąc podniecenia: „Złoto!” Wskazała na próbkę ziemi na stole, a także małe skupisko żółtych kryształków metalu. Ich sześcienny kształt pomógł zrozumieć jej mały żart: te kryształy nie były prawdziwym złotem, ale złotem głupców, które jest również nazywane pirytem żelaznym.
Piryt żelazny składa się z żelaza i siarki i jest jednym z minerałów nazywanych również „biogenami”: jego powstawanie jest czasami związane z aktywnością drobnoustrojów. Same kryształy mogą powstawać z odpadów, które komórki drobnoustrojów „wydychają”. Dlatego piryt żelaza może być produktem ubocznym metabolizmu drobnoustrojów – możliwość, którą Templeton nazywa „piękną”.
Kiedy wróci do domu w Kolorado, poświęci tym kryształom taką samą uwagę, jaką archeolog poświęciłby stosie starożytnych rzymskich śmieci. Pokroi je na przezroczyste kawałki i obejrzy pod mikroskopem. Jeśli piryt żelazny jest w rzeczywistości produktem żywych komórek, to mikroby „prawdopodobnie mogą być zakopane w minerałach”. Ma nadzieję odkryć ich skamieniałe ciała.
Do początku lat 90. nikt nie podejrzewał, jak aktywne może być życie mieszkańców głębi ziemi. Pierwsze dowody znaleziono w skale pod dnem morskim.
Geolodzy od dawna zauważyli, że gazy wulkaniczne znajdujące się w ciemnych skałach bazaltowych znajdują się tysiące metrów pod dnem morskim, które często ma mikroskopijne zagłębienia i tunele. „Nie mieliśmy pojęcia, że może być biologiczna” – mówi Hubert Staudigel, wulkanolog z Scripps Institution of Oceanography w La Jolla w Kalifornii.
W 1992 roku młody naukowiec Ingunn Thorseth z Uniwersytetu w Bergen w Norwegii zasugerował, że te depresje są geologicznym odpowiednikiem próchnicy zębów – drobnoustrojów wprowadzających ją do szkła wulkanicznego w wyniku spożywania przez nie atomów żelaza. W rzeczywistości Torset znalazł coś, co mogło być martwymi komórkami wewnątrz tych zagłębień w skale zebranej trzy tysiące stóp poniżej dna morskiego.
Kiedy te odkrycia zostały opublikowane, Templeton nie pracował jeszcze w terenie. Uzyskała tytuł magistra geochemii w 1996 roku, a następnie poszła do pracy w Lawrence Berkeley National Laboratory w Kalifornii, gdzie badała, jak szybko mikroby jedzą paliwo lotnicze w byłej bazie marynarki wojennej USA. Kilka lat później, w ramach swojej pracy doktorskiej na Uniwersytecie Stanforda, badała, w jaki sposób podziemne drobnoustroje metabolizują ołów, arsen i inne zanieczyszczenia.
W 2002 roku przeniosła się do Scripps Laboratory, aby pracować z Bradleyem Tebo, profesorem biologii, i Staudigelem nad podobnymi problemami, a mianowicie tym, jak drobnoustroje żyją w żelazie i innych metalach w szkle bazaltowym znajdującym się na dnie morskim.
W listopadzie tego roku, na tylnym pokładzie statku badawczego na środku Oceanu Spokojnego, wspiął się przez właz do łodzi podwodnej wielkości samochodu Pisces-IV i zatonął na dnie morskim. Terry Kerby, pilot w Laboratorium Badawczym Dna Morskiego na Hawajach, skierował statek w kierunku południowego zbocza Loihi Seamount, podwodnego wulkanu położonego na Wielkiej Wyspie Hawajów.
Na głębokości 1700 metrów (5600 stóp) reflektor łodzi podwodnej ledwo oświetlał dziwny podwodny krajobraz, plątaninę czegoś, co wyglądało jak wypchane worki na śmieci, które spadły w swego rodzaju piramidę. Te tak zwane podkładki bazaltowe tworzyły się przez wieki, gdy lawa przenikała przez pęknięcia i zderzała się z wodą morską, po czym szybko schładzała się i przekształcała w gładkie skały. Templeton leżała na boku ławki, trzęsąc się z zimna, obserwując przez grube szkło, jak Kirby odłupuje kawałki bazaltu mechanicznym ramieniem. Osiem godzin po tym, jak zaczęli nurkować na dno oceanu, wrócili na powierzchnię z pięcioma kilogramami skał.
W tym samym roku ona i Stuadigel odwiedzili wulkan Kilauea na Hawajach, mając nadzieję na zebranie wolnego od zarazków szkła wulkanicznego, które mogliby porównać do tych zebranych z dna oceanu. Włożyli ciężkie buty, podeszli do strumienia lawy i przeszli po skamieniałej skorupie, która miała zaledwie kilka cali grubości. Staudigel znalazł jedno miejsce, w którym pomarańczowa stopiona lawa przebiła się przez powstałą stwardniałą skorupę. Metalowym prętem podniósł kawałek rozgrzanej do czerwoności lawy – wyglądał jak gorący i lepki miód – i włożył go do wiadra z wodą. Woda zagotowała się ze świstem i hałasem, a po chwili lawa zastygła, zamieniając się w szkło.
Po powrocie do laboratorium Templeton wyizolował dziesiątki szczepów bakteryjnych, które absorbują żelazo i mangan ze skał na dnie morza. Razem z kolegami ponownie stopiła w piecu sterylne szkło z wulkanu Kilauea, dodała do niego różne ilości żelaza i innych składników odżywczych i wyhodowała z nich szczepy bakterii. Używała najbardziej zaawansowanej technologii, w tym promieni rentgenowskich, iz zachwytem obserwowała, jak bakterie przetwarzają minerały.
„Cała moja piwnica była wypełniona skałami bazaltowymi wydobytymi z dna morza, bo po prostu nie mogłam im odmówić”, powiedziała mi jednego z tych dni, kiedy nie było wiercenia.
Jednak te próbki skał, jak również żywiące się nimi bakterie, miały, z punktu widzenia Templetona, jedną wielką wadę – zostały pobrane z dna morskiego, gdzie woda zawiera już tlen.
Tlen jest częścią wszystkich żywych istot na Ziemi - od mrówek i dżdżownic po meduzy; nasza atmosfera i większość oceanów jest wypełniona po brzegi redystrybucją. Jednak Ziemia ma tak dużo tlenu tylko przez krótki okres swojej historii. Nawet dzisiaj ogromne części biosfery naszej planety nigdy nie miały kontaktu z tlenem. Wystarczy zatopić się kilka metrów w ziemi, a tlenu już nie będzie. Nigdzie indziej w Układzie Słonecznym, w tym na Marsie, gdzie mogłoby istnieć życie, nie znajdziesz tlenu.
Podczas gdy Templeton badała głęboką biosferę Ziemi, zainteresowała się również kwestią pochodzenia życia na naszej planecie iw innych częściach Układu Słonecznego. Eksploracja podziemnej przestrzeni może dać wgląd w te oddzielone miejsca i czasy, ale byłoby to możliwe tylko wtedy, gdyby mogła zanurkować jeszcze głębiej, poza zasięgiem tlenu.
Góry Omanu wydawały się idealnym miejscem do prowadzenia tego rodzaju badań. Ta ogromna masa stopniowo serpentynizowanej skały ma w sobie przestrzenie pozbawione tlenu, a także chemicznie aktywne związki żelaza, które według naukowców znajdują się głęboko w Ziemi.
Templeton i kilku innych badaczy głębokiej biosfery było zaangażowanych w inny duży projekt, który był wówczas na wczesnym etapie planowania, Oman Drilling Project.
Projektem kieruje Peter Kelemen, geolog z Obserwatorium Ziemi Lamont-Doherty w Nowym Jorku. Ma swoją misję – głębokie skały w Omanie oddziałują nie tylko z tlenem i wodą, ale także z dwutlenkiem węgla, jednocześnie wyciskając gaz do atmosfery i zamykając go w minerałach węglanowych – ten proces, jeśli naukowcy potrafią go zrozumieć, pomoże ludzkości zmniejszyć emisję dwutlenku węgla do atmosfery.
Kelemen był obecny podczas wiercenia w Wadi Lawayni w styczniu 2018 roku. Był przekonany, że zostaną znalezione dowody życia. Skały te pierwotnie powstały w temperaturach przekraczających 980 stopni Celsjusza (1800 stopni Fahrenheita). Szybko się jednak ochłodziły i dziś temperatura w górnej warstwie, która jest głęboka na około 500 metrów, wynosi około 30 stopni Celsjusza (90 stopni Fahrenheita). Te skały „nie były wystarczająco gorące, aby zabić wszystkie drobnoustroje od okresu kredowego”, epoki dinozaurów.
O trzeciej po południu pół tuzina członków załogi zebrało się na platformie wiertniczej na rodzaj rytuału, na który wszyscy czekają z niezwykłą uwagą.
Nowa część rdzenia, właśnie zabrana z kopalni drążonej, jest opuszczana na kozy. Mówimy o kamiennym cylindrze o wysokości trzech metrów - jego grubość w przybliżeniu odpowiada grubemu końcowi kija baseballowego i znajduje się w metalowym cylindrze.
Robotnicy podnieśli jeden koniec tej rury. A rdzeń wyślizgnął się z niego - wraz z czarną i lepką cieczą. Na ziemię wysypało się czarne, gęste błoto. Wydobyty z ziemi rdzeń został całkowicie pokryty tą substancją.
„O mój Boże”, ktoś powiedział. - Kurczę". Wszyscy wokół szeptali.
Jeden z robotników przetarł wydobyty rdzeń, po czym na jego gładkiej i błyszczącej powierzchni, jak we wrzącym oleju, zaczęły tworzyć się małe bąbelki. Ta próbka skały, nie poddana ciśnieniu, jakiego doświadczała pod ziemią, wypuściła gazy na naszych oczach, a jej bąbelki przeniknęły przez pory w skale. W powietrze zaczął unosić się zapach ścieków i spalonej gumy - zapach, który obecni tam naukowcy natychmiast zidentyfikowali.
„To bardzo żywa skała” – powiedział Templeton.
— Siarkowodór — powiedział Kelemen.
Siarkowodór to gaz, który tworzy się w kanałach, w jelitach, a także – teraz to oczywiste – pod ziemią w Omanie. Jest produkowany przez drobnoustroje żyjące bez tlenu. Pozbawione tego życiodajnego gazu robią sztuczkę, do której zwierzęta żyjące na powierzchni planety nie są w stanie - zaczynają oddychać czymś innym. Innymi słowy, spalają żywność przy użyciu innych chemikaliów znalezionych pod ziemią.
Część wyniesionego na powierzchnię jądra została przebita paskami pomarańczowo-cynamonowego kamienia - tak zaznaczono miejsca, przez które przed milionami lat rozpalona lawa przelewała się przez głębokie szczeliny na powierzchni ziemi, a w tym momencie ta skała znajdował się w trzewiach Ziemi na głębokości kilku kilometrów.
Te ślady skamieniałej magmy stopniowo oddawały swoje składniki chemiczne do wód podziemnych - w tym molekuły zwane siarczanami, które składają się z jednego atomu siarki związanego z czterema atomami tlenu. Najwyraźniej drobnoustroje wykorzystywały te cząsteczki do trawienia wodoru, powiedział Templeton. „Jadają wodór i wydychają siarczan”. A potem ponownie uwalniają swoje gazy.
Siarkowodór ma nie tylko silny i nieprzyjemny zapach. Jest również toksyczny. Dlatego właśnie drobnoustroje, które go produkują, są narażone na zatrucie, ponieważ gromadzi się pod ziemią. A jak udaje im się uniknąć zatrucia? Po raz kolejny skała dostarcza nam odpowiedzi.
Wiercenie kontynuowano przez kilka następnych dni, ale czarna maź stopniowo znikała. Każdy nowy rdzeń wyniesiony na powierzchnię był suchy i bezwonny. Jednak sama skała się zmieniła, jej żyłkowate mozaiki i serpentyny pociemniały, jej główne kolory stały się szare i czarne, a on wyglądał jak zamoczona w atrament spódnica w kratę.
„Całe to czernienie jest bioproduktem” – powiedziała Templeton pewnego wieczoru, gdy wraz ze swoim kolegą Ericem Ellisonem była w przyczepie laboratoryjnej wyładowanej instrumentami, pakując próbki skał do wysyłki do domu. Część kamieni znajdowała się w zapieczętowanych pudłach z pleksi, a Ellison przesuwał je za pomocą rękawiczek nakładanych na maszyny do pudeł – wszystko to sprawiało wrażenie, że w zebranych próbkach skał było coś złowrogiego. Jednak ten środek ostrożności nie miał na celu ochrony osoby; zrobiono to w celu pozbawienia wrażliwych drobnoustrojów kontaktu z tlenem.
Templeton uważał, że to właśnie te drobnoustroje wpłynęły na ostatnie próbki skał – siarkowodór, który wydychali, reagował ze skałami, w wyniku czego powstał siarczek żelaza – nieszkodliwy czarny minerał. Piryt siarkowy, który widzieliśmy wcześniej, również składa się z żelaza i siarki i mógł powstać w ten sam sposób.
Te czarne minerały są czymś więcej niż tylko akademicką rzadkością. Dają wgląd w to, jak drobnoustroje nie tylko były w stanie przetrwać w skorupie ziemskiej, ale były w stanie ją zmienić, a w niektórych przypadkach nawet tworzyć minerały, które nie występują gdzie indziej.
Niektóre z najbogatszych złóż żelaza, ołowiu, cynku, miedzi, srebra i innych metali powstały, gdy siarkowodór zderzył się z metalami znajdującymi się głęboko pod ziemią. Te siarczki wychwytywały te metale i koncentrowały je w minerały, które tworzyły się przez miliony lat - dopóki górnicy nie wydobyli ich na powierzchnię. Siarkowodór, który utworzył te rudy, był często pochodzenia wulkanicznego, ale w niektórych przypadkach był tworzony przez drobnoustroje.
Robert Hazen, mineralog i astrobiolog z Carnegie Center w Waszyngtonie, uważa, że ponad połowa minerałów zawdzięcza swoje istnienie formom życia – korzeniom roślin, koralom, okrzemkom, a nawet podziemnym drobnoustrojom. Jest nawet gotów zasugerować, że siedem kontynentów naszej planety zawdzięcza swoje istnienie po części mikrobom, które zjadają skały.
Cztery miliardy lat temu Ziemia nie miała stałego lądu – tylko kilka wulkanicznych szczytów, które górowały nad oceanem. Jednak mikroby na dnie morskim pomogły to zmienić. Zaatakowali złoża bazaltu w podobny sposób, w jaki robią to dzisiaj, zamieniając szkło wulkaniczne w minerały ilaste. A gdy zmiękną, znów stają się twarde, zamieniając się w nowe skały – lżejszy i bardziej giętki materiał niż reszta planety: granit.
Te lekkie granity połączyły się i uniosły ponad powierzchnię oceanu, tworząc w ten sposób trwałe kontynenty. Wydaje się, że w pewnym stopniu mikroby nie wspomagały tego procesu, ale Hazen uważa, że przyspieszyły go. „Można sobie wyobrazić drobnoustroje tworzące równowagę”, mówi. „Uważamy, że mikroby odegrały fundamentalną rolę”.
Pojawienie się lądu miało znaczący wpływ na ewolucję Ziemi. Skały wystawione na działanie powietrza erodowały szybciej, uwalniając do oceanu składniki odżywcze, takie jak molibden, żelazo i fosfor. Te składniki odżywcze sprzyjały wzrostowi fotosyntetycznych alg, które pobierają dwutlenek węgla i uwalniają tlen. Około dwóch miliardów lat temu w ziemskiej atmosferze pojawiły się pierwsze ślady tlenu. 550 milionów lat temu poziom tlenu w końcu osiągnął poziom potrzebny do utrzymania prymitywnych zwierząt.
Obfitość wody na Ziemi, a także jej optymalna odległość od Słońca, uczyniły z niej obiecujący inkubator życia. Jednak jego przekształcenie w raj dla inteligentnych i oddychających tlenem zwierząt nigdy nie było zagwarantowane. Mikroby mogły doprowadzić naszą planetę do niewidzialnego punktu zwrotnego – powstania kontynentów, tlenu i powstania życia, jakie znamy.
I nawet dzisiaj mikroby nadal tworzą i przekształcają naszą planetę od wewnątrz.
Pod pewnymi względami podziemne mikroby przypominają cywilizację ludzką, gdzie na skrzyżowaniu dróg powstają „miasta”. W Omanie na głębokości 30 metrów, w pobliżu przecięcia kilku dużych szczelin w skale, znajdowała się kwitnąca oaza pachnących czarnych drobnoustrojów - są to kanały, które umożliwiały przenikanie do niej wodoru i siarczanów z różnych źródeł.
Elisabetta Mariani, geolog strukturalny z Uniwersytetu w Liverpoolu w Anglii, spędziła wiele dni pod plandeką, wychwytując te pęknięcia w skałach. Pewnego ranka zadzwoniła do mnie, żeby pokazać mi coś wyjątkowego - szczelinę biegnącą ukośnie w poprzek rdzenia, gdzie można było zobaczyć dwie powierzchnie skalne poprzecinane cienkimi jak papier warstwami zielonych i żółtych serpentyn.
"Widzisz te koleiny?" zapytała po angielsku z akcentem, który zdradzał jej rodowity włoski, i wskazała na pęknięcia na dwóch wężowatych powierzchniach. Zeznali, że nie było to tylko bierne pęknięcie - to była usterka czynna. — Dwa bloki skalne poruszały się, dotykając się w tym kierunku — powiedziała, wskazując na koleiny.
Tullis Onstott, geolog z Princeton University, który nie jest zaangażowany w projekt wiertniczy w Omanie, uważa, że takie aktywne pęknięcia mogą nie tylko zapewnić ścieżki dla żywności do przemieszczania się pod ziemią, ale mogą też produkować żywność. W listopadzie 2017 r. Onstott i jego koledzy rozpoczęli odważny eksperyment. Rozpoczęli pracę w tunelu na głębokości 2500 metrów w kopalni złota Moab Khotsong w RPA, a stamtąd wywiercili nowy otwór w kierunku uskoku, który był o kolejne 800 metrów głębszy. 5 sierpnia 2014 roku uskok ten nawiedziło trzęsienie ziemi o sile 5,5 stopnia. Onstott miał nadzieję w ten sposób przetestować prowokacyjny pomysł, że trzęsienia ziemi mogą dostarczyć pożywienia dla głębokiej biosfery.
Naukowcy od dawna zauważyli, że wodór wycieka z głównych uskoków, w tym takich jak San Andreas w Kalifornii. Część tego gazu pochodzi z reakcji chemicznej – minerały krzemianowe, które rozkładają się podczas trzęsienia ziemi, reagują z wodą i uwalniają wodór jako produkt uboczny. W przypadku drobnoustrojów w pobliżu uskoku ten rodzaj reakcji może prowadzić do czegoś w rodzaju okresowej eksplozji energii związanej z dużym spożyciem cukru.
W marcu 2018 r., cztery miesiące po rozpoczęciu wiercenia w kopalni Moab Hotsong, pracownicy wydobyli na powierzchnię rdzeń, który przepłynął przez uskok.
Skała wzdłuż uskoku była „dość poważnie zerodowana”, mówi Onstott – w rdzeniu można było zobaczyć tuzin równoległych pęknięć. Powierzchnia niektórych z tych pęknięć zamieniła się w kruchą glinę, której smugi wskazywały na niedawne trzęsienia ziemi. Inne pęknięcia były wypełnione żyłkami białego kwarcytu, które reprezentowały starsze pęknięcia tysiące lat wcześniej.
Onstott obecnie poszukuje skamieniałych komórek w tych żyłkach kwarcytu, a także analizuje skałę pod kątem DNA, mając nadzieję na ustalenie, jakie bakterie żyją w tym uskoku, jeśli w ogóle.
Ponadto, co ważniejsze, on i jego koledzy pozostawili wywiercone otwory otwarte i monitorują wodę, szkło i drobnoustroje w samym uskoku, a także pobierają nowe próbki za każdym razem, gdy pojawia się drugi wstrząs. „W takim przypadku można zobaczyć, czy szkło jest uwalniane, czy nie”, mówi, „a także sprawdzić, czy w społeczności mikrobiologicznej zachodzą jakiekolwiek zmiany w wyniku zużycia gazu”.
Podczas gdy Onstott czeka na te wyniki, rozważa również bardziej radykalną możliwość: że te głęboko żyjące bakterie nie tylko żywią się skutkami trzęsień ziemi, ale mogą je powodować. Kiedy mikroby zaczną atakować żelazo, mangan i inne pierwiastki w minerałach, które pojawiają się wzdłuż linii pęknięć, mogą osłabić skałę – i przygotować te pęknięcia na następną dużą zmianę, mówi. Zbadanie tej możliwości obejmuje przeprowadzenie eksperymentów laboratoryjnych, aby sprawdzić, czy bakterie w tych pęknięciach są rzeczywiście zdolne do niszczenia minerałów wystarczająco szybko, aby wpłynąć na aktywność sejsmiczną. Z charakterystycznym dla naukowca niedopowiedzeniem opowiada o nadchodzącej pracy: „To na tyle rozsądna hipoteza, by ją przetestować”.
30 stycznia wiertnica w Wadi Lawayni osiągnęła poziom 60 metrów. Jej silniki ryczały, tworząc dźwięk w tle, gdy Templeton i jej kolega Eric Boyd siedzieli na krzesłach polowych pod akacją. Obok nich można było dostrzec ślady innych podróżnych wypoczywających na tej rzadkiej w tej okolicy wyspie cieni - odchody wielbłąda, gładkie i okrągłe, jak skórzaste śliwki.
„Wierzymy, że to środowisko jest ważne dla zrozumienia początków życia” – powiedział Boyd, geobiolog z Montana State University w Bozeman. Jego zdaniem to właśnie sprawia, że on i Templeton badają głębokie skały w Omanie. „Kochamy wodór” – mówi.
Zarówno Boyd, jak i Templeton wierzą, że życie na Ziemi powstało w środowisku podobnym do tego, które istnieje kilka metrów pod ich składanymi krzesłami polowymi. Ich zdaniem kolebką życia są szczeliny pod powierzchnią Ziemi, gdzie bogate w żelazo minerały wyciskają wodór po kontakcie z wodą.
Ze wszystkich paliw chemicznych, które istniały na Ziemi cztery miliardy lat temu, wodór wydaje się być jednym z najłatwiejszych pierwiastków do metabolizowania wczesnych i niewydajnych komórek. Wodór powstał nie tylko w wyniku serpentynizacji, ale także – tak jak dzisiaj – w wyniku radioaktywnego rozpadu pierwiastków takich jak uran, który nieustannie rozbija cząsteczki wody w otaczającej skale. Wodór jest tak niestabilny, że ma tendencję do rozkładania się tak bardzo, że może zostać strawiony nawet przez słabe utleniacze, takie jak dwutlenek węgla czy czysta siarka. Badanie DNA milionów sekwencji genów sugeruje, że prekursor życia na Ziemi – „ostatni powszechny wspólny przodek” – mógł używać wodoru jako pożywienia i spalać go dwutlenkiem węgla. To samo prawdopodobnie dotyczy życia na innych światach.
Minerały zawierające żelazo w Omanie są powszechne w Układzie Słonecznym, podobnie jak proces serpentynizacji. Sonda kosmiczna Orbiter, która obecnie krąży wokół Marsa, wykryła serpentyn minerałów na powierzchni Marsa. Sonda Cassini znalazła chemiczne dowody na trwającą serpentynizację głęboko w Enceladusie, pokrytym lodem księżycu Saturna. Minerały podobne do serpentyn znaleziono również na powierzchni Ceres, planety karłowatej krążącej między Marsem a Jowiszem. Serpentyny znajdowano nawet w meteorytach, we fragmentach planet embrionalnych, które istniały 4,5 miliarda lat temu, czyli właśnie w momencie narodzin Ziemi, a to może oznaczać, że kolebka życia w rzeczywistości istniała jeszcze przed tworzenie naszej planety.
We wszystkich tych miejscach znaleziono wodór, źródło energii dla rodzącego się życia. Może nadal być wytwarzany w całym Układzie Słonecznym.
Wnioski Boyda zapierają dech w piersiach.
„Jeśli masz tego rodzaju skały i jeśli masz temperaturę porównywalną z temperaturą na Ziemi i jeśli nadal masz wodę w stanie ciekłym, to jak nieuniknione jest życie?”, pyta. „Osobiście jestem pewien, że jest to nieuniknione”.
Znalezienie życia będzie wyzwaniem. Dzięki istniejącej technologii statek kosmiczny wysłany na Marsa może wywiercić dziurę o głębokości zaledwie kilku stóp na wrogiej powierzchni. Być może te skały powierzchniowe kryją ślady przeszłego życia – być może wysuszone podstawy komórek marsjańskich znalezione w mikroskopijnych tunelach, które przegryzły przez minerały – ale wszelkie żyjące drobnoustroje prawdopodobnie mają głębokość kilkuset stóp. Templeton próbowała znaleźć ślady minionego życia – a także oddzielić te znaki od rzeczy, na które życie nie miało wpływu – i robi to od 16 lat, kiedy badała bazaltowe szkło na dnie morza.
„Moja praca polega na znalezieniu biologicznych odcisków palców” – mówi. Używa tych samych narzędzi, których używa do badania próbek szkła przywiezionych z Omanu. Wystrzeliwuje promieniowanie rentgenowskie na powierzchnie mineralne, aby zrozumieć, w jaki sposób drobnoustroje zmieniają minerały. Chce też zrozumieć: czy zostawiają je tam, gdzie są? A może ich eksterminują? Badając, które żywe drobnoustroje zużywają minerały, ma nadzieję znaleźć niezawodny sposób na zidentyfikowanie tych samych chemicznych śladów absorpcji w pozaziemskich skałach, które nie miały żadnych żywych komórek od tysięcy lat.
Pewnego dnia tego rodzaju instrumenty znajdą się na pokładzie jakiegoś łazika. Lub zostaną wykorzystane do badania próbek skał przywiezionych z innych światów. Tymczasem Templeton i jej koledzy wciąż mają dużo pracy w Omanie – będą musieli dowiedzieć się, co zawiera ciemną, gorącą i ukrytą pod ich stopami biosferę.
Materiały InoSMI zawierają wyłącznie oceny zagranicznych mediów i nie odzwierciedlają stanowiska redakcji InoSMI.
