地球科学研究人员在南非找到十亿年前的地下水
一个国际研究小组在地表以下深处发现了超过 10 亿年的地下水——这是第二次发现。这些水有 12 亿年的历史，是从南非 Moab Khotsong 的一个产金和铀的矿山中回收的，证实了这样一个年份的地下水比以前想象的要丰富。 这一发现为生命如何在地球表面以下维持生命以及它如何在其他行星上繁衍生息提供了新的线索。
“十年前，我们在加拿大地盾下发现了数十亿年前的地下水——这似乎只是一个开始，” 多伦多大学艺术与艺术学院地球科学系的大学教授 芭芭拉·舍伍德·洛拉尔说。科学和发表在 《自然通讯》上的一项研究的合著者 。“现在，在距地球表面 2.9 公里的 Moab Khotsong，我们发现世界水循环的极端前哨比以前想象的要广泛。”
与 2013 年在安大略省蒂明斯附近的基德溪矿的发现不同的是，当地的高铀含量使这一发现更具挑战性，因为这种矿物掩盖了地下岩石深处水的年龄。
铀和其他放射性元素天然存在于含有矿物和矿床的周围母岩中。了解这些元素的作用揭示了思考地下水作为先前在地球深层地下发现的以岩石为食的微生物的能量来源的新方法。微生物从岩石中汲取化学能，在没有阳光的情况下繁衍生息。当铀、钍和钾等元素在地下衰变时，产生的 α、β 和 γ 辐射会产生涟漪效应，引发周围岩石和流体中的放射性反应。辐射还会在称为辐射分解的过程中分解水分子，产生高浓度的氢——这是无法从太阳获取能量进行光合作用的地下微生物群落的重要能源。
在从 Moab Khotsong 回收的地下水样本中，研究人员发现了大量的放射性氦、氖、氩和氙，并且史无前例地发现了氪的同位素——这是这种强大反应历史的前所未见的示踪剂。虽然发现这些水的岩石几乎不透水，这意味着地下水本身在很大程度上是孤立的，很少混合——考虑到它们有 12 亿年的年龄——氢、氦和氖在其他气体中的扩散仍然会发生。
“塑料、不锈钢甚至固体岩石等固体材料最终会被扩散的氦气穿透，就像一个充满氦气的气球的放气一样，” 多伦多大学地球科学系的研究助理兼主要作者Oliver Warr说的研究。“我们的研究结果表明，扩散为最初由放射性反应产生的 75% 到 82% 的氦和氖提供了一种途径，这些氦和氖可以通过上覆地壳运输并被捕获用于工业应用。”
研究人员强调，随着全球氦储量耗尽以及向更可持续资源的过渡获得牵引力，该研究对氦从地球深处扩散多少的新见解是向前迈出的关键一步。“我们第一次深入了解储存在地球地下深处的能量如何随着时间的推移在地壳中释放和更广泛地分布，”Warr 说。“把它想象成一个潘多拉的盒子，里面装着氦和氢的生产能力，我们可以学习如何利用它来造福全球范围内的深层生物圈。“人类并不是唯一依赖地球深层地下能源资源的生命形式。由于放射反应同时产生氦和氢，我们不仅可以了解氦的储层和运输，还可以计算可以在全球范围内维持地下微生物的氢能的可变性。”
Warr 指出，这样的计算对于了解地球上的地下生命是如何维持的，以及太阳系内外其他行星和卫星上的放射源驱动电源可能提供哪些能量至关重要——为即将到来的火星任务提供信息，以及土星的卫星泰坦、土卫二和木星的卫星欧罗巴。研究结果暗示，尽管地表条件不再提供可居住区，但地下水可能会长期存在。
该论文的其他合著者包括牛津大学的 CJ Ballentine、普林斯顿大学和新墨西哥矿业与技术研究所的研究人员。该研究得到了加拿大自然科学和工程研究委员会、加拿大核废料管理组织、牛津大学和加拿大高级研究所的支持。美国国家科学基金会和国际大陆科学钻探计划资助了采样设备的钻探和安装。
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