Вчені з’ясували, як глибоководні джерела отримують водень з надр Землі
У глибинах океану науковці виявили несподіване джерело водню, яке підтримує життя в умовах повної відсутності сонячного світла. На глибині майже трьох кілометрів під поверхнею Норвезького моря, де панують темрява та екстремальний тиск, гідротермальні джерела виробляють значно більше водню, ніж вважалося раніше. При цьому механізм його утворення виявився зовсім іншим, ніж передбачали класичні уявлення про будову океанічного дна.
Під час дослідження гідротермального поля Йотул на хребті Кніповича вчені з німецького наукового центру MARUM з’ясували, що водень тут формується не внаслідок взаємодії морської води з породами мантії. Натомість газ утворюється глибоко в товстих шарах осадових відкладів, прихованих під дном океану.
Раніше підвищений вміст водню в глибоководних джерелах вважали прямим доказом серпентинізації — процесу, під час якого вода реагує з мантійними породами. Саме так працюють добре відомі гідротермальні системи, зокрема знамените поле Lost City. Нові дані показали, що осадові породи, багаті на органічну речовину, здатні виробляти водень не менш ефективно. Це означає, що потенційних джерел водню в океані може бути значно більше, ніж припускали раніше.
Отримати ці результати вдалося не одразу. Під час експедиції 2022 року дослідники зіткнулися з проблемою: гази зразків втрачалися під час підйому на поверхню через різке зниження тиску. Водень і метан буквально виходили з розчину, що спотворювало результати вимірювань.
Ситуацію вдалося виправити у 2024 році, коли науковці використали спеціальні герметичні контейнери, здатні зберігати природний тиск. Це дозволило точно зафіксувати склад гідротермальних флюїдів. Аналіз показав несподівано високий вміст водню та метану за одночасно низького рівня сірководню, що нехарактерно для класичних осадових джерел.
Ключем до цього процесу стали екстремальні умови під океанічним дном. За дуже високих температур і тиску вода переходить у надкритичний стан, у якому вона поводиться і як рідина, і як газ. У такому середовищі органічна речовина в осадових породах починає активно розкладатися, вивільняючи водень. Разом із гарячими флюїдами цей газ підіймається до поверхні дна та живить гідротермальні джерела.
Для мешканців океанських глибин водень має ключове значення. Він слугує джерелом енергії для мікроорганізмів, які здійснюють хемосинтез і формують основу харчових ланцюгів у середовищі без світла. Деякі організми, зокрема глибоководні мідії роду Bathymodiolus, живуть у симбіозі з бактеріями, які використовують водень для перетворення вуглекислого газу на поживні речовини. Зміна доступності цього газу може впливати на склад мікробних спільнот і всю екосистему загалом.
Комп’ютерне моделювання підтвердило, що хімічні процеси в районі Йотулу найкраще пояснюються саме розкладом органічної речовини в осадових шарах, а не лише реакціями з мантійними породами. Це відкриття свідчить про те, що океанські глибини можуть приховувати значно більше малопомітних джерел водню, ніж вважалося раніше. А оскільки гідротермальні потоки здатні переносити розчинені гази на великі відстані, їхній вплив на океанське життя може мати глобальний характер.
Науковці зазначають, що для повного розуміння масштабів цього явища необхідно дослідити більше гідротермальних полів, особливо тих, що розташовані під товстими шарами осадів. Лише точні вимірювання в умовах високого тиску дозволять визначити, де і яким чином у надрах планети формується водень.
Результати дослідження опубліковані в науковому журналі Communications Earth & Environment.