Флуоресцентные пещеры раскрывают тайны жизни на Земле и за ее пределами
Глубоко под поверхностью Земли скрываются скальные и минеральные образования, обладающие удивительным свойством: под ультрафиолетовым светом химические соединения, сохранившиеся в породах, начинают светиться яркими оттенками розового, синего и зеленого. Ученые изучают эту флуоресценцию, чтобы понять, как формируются пещеры и как жизнь поддерживается в экстремальных условиях. Эти исследования могут пролить свет на возможность существования жизни в других мирах, например, на ледяном спутнике Юпитера — Европе.
Результаты работы будут представлены на весенней конференции Американского химического общества (ACS).
Пещеры как аналог внеземных сред
Как оказалось, химические процессы в пещере Винд (Южная Дакота, США) могут быть схожи с теми, что происходят на Европе, но при этом гораздо доступнее для изучения. Именно поэтому астробиолог Джошуа Себри, профессор Университета Северной Айовы, вместе с командой отправился в глубины пещер, исследуя минералы и организмы, обитающие в этих холодных и темных условиях.
«Цель этого проекта — лучше понять химические процессы, происходящие под землей, которые показывают, как может поддерживаться жизнь», — объясняет Себри.
Флуоресценция как ключ к разгадке прошлого
Во время экспедиций в пещеру Винд и другие пещеры США ученые составляли карты скальных образований, проходов, подземных ручьев и организмов. Они использовали ультрафиолетовые лампы, чтобы изучить минералы в породах. Под УФ-светом некоторые участки пещер преображались: породы начинали светиться разными цветами в зависимости от примесей, сохранившихся в них миллионы лет назад.
«Стены выглядели совершенно пустыми и неинтересными, но при включении ультрафиолета обычная коричневая поверхность превращалась в яркий слой флуоресцентного минерала, указывающего на то, что здесь когда-то был водоем 10 или 20 тысяч лет назад», — рассказывает Себри.
Обычно для анализа химического состава пещерных образований образцы пород забирают в лабораторию. Однако команда Себри использует портативный спектрометр, который позволяет получать «флуоресцентные отпечатки» минералов прямо на месте, не разрушая пещеру.
Трудности и открытия
Работа в пещерах сопряжена с испытаниями: низкие температуры (например, +9 °C в Миннесотской пещере Мистери), узкие проходы (иногда менее 30 см в ширину), риск потерять оборудование в ледяной воде. Однако усилия окупаются ценными открытиями.
Так, в пещере Винд команда обнаружила, что богатые марганцем воды вырезали пещеру и сформировали полосатые кальцитовые образования, светящиеся розовым под УФ-светом. «Это совершенно новый механизм формирования пещер, который раньше не рассматривался», — отмечает Себри.
Перспективы: от Земли до Европы
В будущем ученые планируют сравнить флуоресцентный метод с традиционными, чтобы подтвердить его точность. Также они хотят изучить флуоресцирующие подземные воды, чтобы понять, как поверхностная жизнь влияет на глубинные экосистемы. Эти исследования помогут представить, как похожие процессы могут поддерживать жизнь в других уголках Солнечной системы, например, в подледных океанах Европы.