Какое дело водородной энергетике до того, что подземные микробы мигрируют на тысячи километров?

Какое дело водородной энергетике до того, что подземные микробы мигрируют на тысячи километров?

Оливин при высокой температуре реагирует с водой, связывая её кислород и высвобождая таким образом водород. Этот процесс исследуется довольно давно: учёные мечтают оптимизировать получение водорода в энергетических целях, тем более что оливин — один из самых распространённых минералов на Земле.

Да и традиционные методы, используемые сегодня для получения водорода, этого требуют, ибо они ужасны: самый дешёвый подразумевает применение метана (ценного топлива!) с соответствующими выбросами углекислого газа. Получаемый в итоге водород, по сути, является «испорченным» природным газом, поскольку даёт столько же энергии, но дополнительно требует ещё и её затрат на разложение метана. Все остальные технологии намного дороже, и именно поэтому наука упорно ищет альтернативы существующим процессам.

Мюриэл Андреани (Muriel Andreani), Исабель Даниэль (Isabelle Daniel) и Мари Полле-Виллар (Marion Pollet-Villard) из Университета Лион-1 (Франция) наряду с оливином попробовали применить для интенсификации этого процесса оксид алюминия. Их опыты в ячейке с алмазными наковальнями позволили ускорить превращение оливина в серпентин в 7–50 раз, причём при сравнительно мягких условиях. Оксид алюминия, вода и оливин при температуре от 200 до 300 °С и давлении в 2 000 атмосфер высвободили из воды почти весь водород за 24 часа. Аналогичный процесс без оксида алюминия протекал от недель до месяцев, что означает сильнейшее каталитическое воздействие последнего на разложение воды в подобных условиях.

Названные температуры могут показаться высокими, между тем сегодня при нагреве воды водород получают лишь с 850 °С. В то же время 200–300 °С можно иметь даже от низкопотенциального тепла ТЭС и АЭС (нынче попросту пропадающего). Наконец, авторы уверены, что находятся лишь в самом начале процесса оптимизации своего метода и в будущем смогут добиться разложения воды по аналогичному механизму при существенно более мягких условиях.

Весьма интересен и, казалось бы, не слишком прикладной аспект работы: дело в том, что такие условия (тысячи атмосфер, несколько сот градусов) характерны для земной коры. А значит, в местах, где есть оксид алюминия (алюминий, напомним, пятый по распространённости элемент на планете), серпентинизация оливина и выделение свободного водорода идут довольно интенсивно — особенно там, где много воды: скажем, в тех же «чёрных курильщиках». Конечно, процессы там протекают не так быстро, как в эксперименте французских учёных, использовавших такое количество оксида алюминия, которое в природе вряд ли может присутствовать в нужной пропорции к оливину. Зато у природы есть миллионы лет, то есть количество образованного таким методом водорода должно быть очень внушительным.

Как отмечают исследователи, это может решить давно дебатирующийся вопрос о том, откуда берётся хемотрофная биота в разных районах Земли. Точнее — чем она кормится. «Впервые мы смогли понять, почему и как водород [в коре] образуется так быстро. Когда вы принимаете во внимание алюминий, то можете объяснить и количество живых организмов, использующих этот водород [на глубине]», — подчёркивает Исабель Даниэль. Более того, именно водород такого происхождения мог стать первичным источником питания для первых форм земной жизни — благо был широкодоступным по всей планете. И не только земной. «Мы думаем, что серпентинизация может идти полным ходом на многих планетных телах — особенно на Марсе, — добавляет исследовательница. — Процесс этот может занимать день или миллион лет, но он справедлив всегда и везде, где есть некоторое количество воды и оливин, один из самых распространённых минералов в Солнечной системе».

Эти выводы о единообразии источников водорода, пригодного для поддержания микробной жизни, неплохо согласуются с недавними результатами группы Мэтта Шренка (Matt Schrenk) из Университета штата Мичиган (США). Пару лет назад стало ясно, что микробы из сухопутных подземных разломов, шахт и пещер на глубинах до пяти километров имеют очень сходные генотипы вне зависимости от континента, где брались образцы. «Два года назад у нас почти не было идей о том, что за микробы живут в подземных скальных породах и что они там едят, — рассказывает г-н Шренк. — Между тем есть некое соответствие между подземными биотами: мы видим одни и те же типы организмов по всему миру, повсеместно. Легко понять, как птицы или рыбы могут быть одинаковыми в разных местах/океанах, но воображению трудно справиться с той же проблемой для почти идентичных микробов, находящихся в 16 тыс. км друг от друга в трещинах скальной породы на огромных глубинах, при высоких давлениях и температуре».

Сегодня, по мере накопления данных о возможной однотипности процессов, порождающих водород по всей планете, загадка до некоторой степени смягчается: одинаковые условия и одинаковая кормовая база могут способствовать однородному видовому составу даже на очень больших расстояниях. Да и сам факт попадания воды (известной своей способностью переносить живые организмы) в глубины планеты может означать наличие чего-то вроде подземной сети микробной жизни.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале American Mineralogist.

Подготовлено по материалам Проекта наблюдения за глубоким углеродным циклом.