Новости химической науки > Золото дураков регулирует содержание кислорода

Круговорот серы в атмосфере, гидросфере и литосфере Земли основан на протекании химических реакций, в которых также участвуют такие элементы, как углерод и кислород.

Хотя цикл серы в природе и влияет на концентрацию молекулярного кислорода, серу обычно считают вторичным фактором в регулировании содержания атмосферного кислорода – предполагается, что основные колебания содержания кислорода определяются его реакциями с углеродом и его производными. Тем не менее, результаты новых исследований позволяют предположить, что роль серы в кислородном цикле в настоящее время недооценена.

Группа исследователей под руководством доктора Итая Халеви (Itay Halevy) из Института Естественных Наук им Вейцманна решили более детально изучить характеристики цикла серы за последние 550 миллионов лет, охватив то время, когда содержание кислорода в атмосфере Земли было близко современному и составляло около 20%. Для решения этой задачи исследователи использовали ранее созданную ими же базу данных Macrostrat, содержащую детальную информацию об огромном количестве образцов скальных пород, собранных в США и по всему миру.

Пирит. Химия пирита может оказаться одним из главных факторов, определяющих концентрацию кислорода в атмосфере. (Фото: © Fotolia)

Исследователи использовали базы данных для отслеживания того, как сера теряется из океанической воды за счет образования осадочных пород – так называемых сульфатных эвапоритных минералов. Эвапоритные серосодержащие минералы, как например гипс или барит, оседают на дно неглубоких морей по мере испарения морской воды. Исследователи обнаружили, что за последние 550 миллионов лет динамика образования и осаждения эвапоритных минералов существенно менялась из-за изменения площадей неглубоких морей, высоты древних континентов и изменения уровня воды в морях и океанах. Более удивительно то, что Халеви с коллегами обнаружили то, что лишь относительно небольшая доля серы, попадавшей в мировой океан, покидала морскую воду за счет образования сульфатных эвапоритов – результаты исследования показали, что более важным геологическим фактором является образование пирита.

Пирит представляет собой серосодержащий минерал (также известный как «золото дураков»), который образуется тогда, когда микробы осадочных морских пород используют серу, содержащуюся в морской воде, для расщепления органических материалов. Микроорганизмы усваивают серу в форме сульфат-аниона и высвобождают ее в виде сульфида. В ходе этого процесса молекулярный кислород выделяется в атмосферу. Длительное время предполагалось, что поскольку пиритная ветка круговорота серы была представлена в меньшей степени по сравнению с эвапоритной (при которой не происходит выделение молекулярного кислорода), влияние пиритной ветки на содержание кислорода в атмосфере практически не оценивалось.

Проверка различных теоретических моделей геологического круговорота серы с помощью Macrostrat позволило исследователям выяснить, что образование и осаждение пирита влияет на круговорот серы гораздо в большей степени, чем считалось ранее. Новые оценки показывают, что по пиритной ветке океаническую воду покидало до 80% серы (по прежним оценкам считалось, что пиритная ветка выводит не более 30% серы). Исследователи также определили, что в отличие от эвапоритных минералов, пиритные осадочные породы отличались гораздо большей стабильностью.

Результаты анализа также показали, что большая часть серы, попадающей в океан, попадала туда за счет процесса выветривания пирита, находящегося на суше. Другими словами, существует равновесие между образованием и осаждением пирита на дне мирового океана и выветриванием пирита с суши. Результаты исследования позволяют предположить, что геологический круговорот серы влияет на концентрацию кислорода в атмосфере Земли гораздо более существенно, чем предполагалось ранее.

Источник: Science, 2012; 337 (6092): 331 DOI: 10.1126/science.1220224

метки статьи: #вопросы экологии, #геохимия, #неорганическая химия, #химическая эволюция