Флуоресцентные пещеры показывают, как жизнь выживает во внеземных условиях

Фото из открытых источников

Глубоко под поверхностью Земли, скальные и минеральные образования скрыты в тайном блеске. Под черным светом химические вещества, окаменевшие внутри, сияют яркими оттенками розового, синего и зеленого.

Ученые используют эти флуоресцентные особенности, чтобы понять, как образовались пещеры и как поддерживается жизнь в экстремальных условиях. Это может пролить свет на то, как жизнь могла сохраняться в далеких местах, например, на ледяном спутнике Юпитера Европе.

Как оказалось, химия в пещере Ветров в Южной Дакоте, вероятно, похожа на такие места, как Европа, и до нее легче добраться. Вот почему астробиолог Джошуа Себри, профессор Университета Северной Айовы, оказался на глубине десятков метров под землей, исследуя минералы и формы жизни в этих темных, холодных условиях.

«Цель этого проекта в целом — попытаться лучше понять химию, происходящую под землей, которая рассказывает нам о том, как может поддерживаться жизнь», — объясняет он.

Себри и его студенты исследовали новые области пещеры Уинд и других пещер США, картируя скальные образования, проходы, ручьи и организмы. Они также использовали ультрафиолетовое излучение для изучения минералов в породах.

Под черным светом части пещер трансформировались, когда скалы светились разными оттенками. Эти цвета, вызванные древними примесями или «химическими окаменелостями», указывали на различные органические или неорганические соединения. Светящиеся камни часто показывали, где вода когда-то выносила минералы с поверхности.

«Стены выглядели совершенно пустыми и лишенными чего-либо интересного», — говорит Себри. «Но затем, когда мы включили черный свет, то, что раньше было просто коричневой стеной, превратилось в яркий слой флуоресцентного минерала, который указывал на то место, где 10 000 или 20 000 лет назад был бассейн с водой».

Чтобы понять химический состав пещерного объекта, образец породы обычно отвозят в лабораторию. Однако команда Себри использует портативный спектрометр для сбора спектров флуоресценции на месте, оставляя пещеру нетронутой.

Анна Ван дер Вейде присоединилась к Себри в исследованиях. Используя данные полевых работ, она создает общедоступный реестр флуоресцентных отпечатков, чтобы улучшить традиционные карты пещер и предложить более полное понимание их истории и формирования. Дополнительные студенты бакалавриата внесли свой вклад в исследование.

Заниматься наукой в пещере непросто. При температуре 9°C в пещере Mystery Cave в Миннесоте команда закопала батареи спектрометра в грелки для рук, чтобы они оставались работоспособными. Чтобы добраться до определенных мест, ученые протискивались через пространства шириной менее фута на протяжении сотен футов, иногда теряя обувь или брюки. Они часто стояли по колено в ледяной воде, чтобы сделать измерения, надеясь, что их приборы случайно не упадут.

Несмотря на эти препятствия, пещеры предоставили ценную информацию. В пещере Wind Cave богатые марганцем воды прорезали пещеру и создали полосатые зебровые кальциты, которые светятся розовым под черным светом. Кальциты росли под землей, питаемые богатой марганцем водой.

Себри считает, что когда эти породы разрушились, поскольку кальцит слабее известняка, также составляющего пещеру, кальцит также расширил пещеру. «Это совершенно другой механизм формирования пещеры, нежели тот, который рассматривался ранее», — говорит он.

И уникальные условия исследования стали для Ван дер Вейде незабываемым опытом.

«Было действительно здорово увидеть, как можно применять науку в полевых условиях, и узнать, как вы функционируете в этих условиях», — заключает она и планирует подтвердить точность метода флуоресценции, сравнив его с традиционными методами. Другая цель — изучить флуоресцентную пещерную воду, чтобы понять влияние поверхностной жизни на подземную жизнь и исследовать, как богатая минералами вода может поддерживать жизнь в нашей солнечной системе.