Дослідження, що нещодавно побачило світ, повністю перевертає усталене переконання про те, що мерзлі умови сповільнюють хімічні реакції. Воно допомагає пояснити загадкове помаранчеве забарвлення річок у Арктиці. Виявляється, лід значно ефективніше, ніж рідка вода, вивільняє залізо зі звичайних мінералів.
Протягом останніх років арктичні річки змінюють свій колір на помаранчевий. Причиною цього є масове танення вічної мерзлоти, що спричинене глобальним потеплінням. Помаранчевий відтінок річок – результат високої концентрації заліза, що вивільняється з місцевих покладів мінералів. Це явище має серйозні наслідки: уражені річки містять менше розчиненого кисню і є більш кислими, ніж здорові прилеглі потоки, що створює несприятливі умови для виживання дикої природи. Арктика, цей величезний регіон на північному полюсі Землі, відомий своїми суворими кліматичними умовами та унікальними екосистемами, є одним з найбільш вразливих до кліматичних змін місць на планеті.
Донедавна вважалося, що коли багаті на залізо мінеральні поклади були заблоковані льодом, залізо залишалося на місці. Однак нове дослідження шведського Університету Умео продемонструвало, що сам лід насправді працює краще, ніж танення вічної мерзлоти, для вивільнення заліза. Університет Умео, розташований на півночі Швеції, є одним з наймолодших та найсучасніших вищих навчальних закладів країни, відомим своїми передовими дослідженнями у різних галузях. Дослідження показало, що лід при температурі -10 °C вивільняє більше заліза з мінеральних покладів, ніж рідка вода при 4 °C.
Несподівана хімія льоду
«Це може здатися нелогічним, але лід не є пасивним замерзлим блоком», – пояснює співавтор дослідження Жан-Франсуа Буалі. «Замерзання створює мікроскопічні кишені рідкої води між кристалами льоду. Вони діють як хімічні реактори, де сполуки концентруються і стають надзвичайно кислими. Це означає, що вони можуть реагувати з залізовмісними мінералами навіть при таких низьких температурах, як мінус 30 градусів за Цельсієм». Вічна мерзлота, або ж пермафрост, це ґрунт, що залишається замороженим щонайменше два роки поспіль. Вона покриває значні території Арктики і зберігає в собі величезні обсяги органічних речовин, а також мінералів, зокрема заліза. Її танення є значною екологічною проблемою.
У процесі дослідження вчені вивчали гетит – мінерал, у якому оксид заліза змішаний із ґрунтами та відкладеннями – у присутності органічної кислоти. Гетит є одним з найпоширеніших залізомістких мінералів на Землі, що зустрічається в ґрунтах, осадових породах і рудах. Вони не лише виявили, що замерзла вода ефективніше вивільняє залізо, ніж рідка, але й з’ясували, що повторювані цикли замерзання та відтавання є найдієвішим способом вивільнення заліза. Додатково вони виявили, що прісна та солонувата вода посилювали вивільнення заліза, тоді як морська вода його пригнічувала.
Вплив на екосистеми та подальші кроки
«Зі зміною клімату цикли замерзання-відтавання стають частішими», – зазначає перший автор дослідження Анджело Піо Себаалі. «Кожен цикл вивільняє залізо з ґрунтів та вічної мерзлоти у воду. Це може вплинути на якість води та водні екосистеми на величезних територіях».
Наразі дослідники зосередилися лише на вивільненні заліза в кислих середовищах, таких як ті, що зустрічаються поблизу шахт. Наступним їхнім кроком буде спроба з’ясувати вплив льоду на розчинення заліза в інших умовах. Це новаторське дослідження може суттєво вплинути на те, як екологи розуміють та, можливо, борються з впливом помаранчевих річок на дику природу. Результати дослідження були опубліковані у престижному науковому журналі PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), який є одним з найавторитетніших у світі мультидисциплінарних наукових видань.
