Всего несколько минут замораживания и оттаивания могут оказать решающее влияние на то, как трансформируется ферригидрит, наиболее активный минерал железа в холодных почвах, вечной мерзлоте и ледниках, согласно данным исследователей из Университета Умео в статье, опубликованной в журнале Science. Поскольку потепление климата усиливает циклы замораживания-оттаивания и распространяет их на новые регионы, лед становится все более важным фактором развития экосистем Земли.
То, что происходит с минералами железа, пока они заперты во льду, определяет, как железо ведет себя после таяния льда. Как показывает исследование, опубликованное в журнале Science, несколько минут замораживания решают, как трансформируется минерал железа. Johnér Bildbyrå AB
«Лед — это не пассивный морозильник, а активный геохимический реактор, который может всего за несколько минут изменить способ трансформации железного минерала», — говорит профессор Жан-Франсуа Бойли с химического факультета Университета Умео, возглавлявший исследование.
Лед — это не просто замороженный кусок воды. В природе лед может удерживать широкий спектр соединений, включая минералы и органический углерод. Среди наиболее важных из них — минералы железа, потому что то, что происходит с ними, пока они заперты во льду, определяет, как железо поведет себя после таяния льда.
Железо — один из наиболее распространенных элементов в земной коре и необходимый металл для большинства живых организмов. По мере выветривания горных пород железо высвобождается и реагирует с кислородом и водой с образованием вторичных минералов железа.
Каскадное воздействие на экосистемы
Эти оксиды железа встречаются на обширных участках поверхности Земли. Их можно увидеть в виде налетов ржавого цвета на камнях и мелких частиц в почве, но они также присутствуют в водной среде и в атмосфере. Изменения в способе высвобождения железа могут иметь каскадные последствия во всех экосистемах, от горных ручьев до арктических прибрежных регионов.
В текущем исследовании исследователи исследовали ферригидрит, плохо упорядоченный оксид железа размером всего несколько нанометров. Ферригидрит является доминирующей фазой реактивного железа в ледниковых отложениях, айсбергах и холодных почвах. Большая площадь поверхности позволяет ему связывать значительные количества питательных веществ, загрязняющих веществ и органического углерода. Сохранит ли ферригидрит свою реактивную поверхность или превратится в менее реактивный минерал, зависит, сколько биодоступного железа достигнет полярных океанов и сколько углерода останется в мерзлой земле.
Когда вода замерзает, между растущими кристаллами льда образуются микроскопические карманы жидкости. Вещества, которые не могут быть включены в лед, концентрируются внутри этих карманов. Исследователи обнаружили, что это удержание вместе с силой, которая притягивает незамерзшую воду к наступающему фронту льда, сжимает частицы ферригидрита вместе, срывает слой воды и гидроксильных групп, которые обычно окружают их, и объединяет их в гораздо более крупные агрегаты.
«Частицы выходят изо льда связанными друг с другом, а не просто слипшимися», — говорит Жан-Франсуа Бойи. «Мы могли бы подвергнуть их воздействию ультразвука и держать в кислоте в течение месяца, чтобы они не развалились».
Анализ с использованием электронной микроскопии и других методов показал, что один цикл замораживания при -20 °C увеличивает размер частиц ферригидрита примерно в тридцать раз. Образовались хлопья микрометрового размера, унаследовавшие свою уплощенную форму от границ зерен льда, который их создал. Повторное замораживание материала мало что изменило, поскольку большая часть преобразований произошла во время самого первого замораживания.
Затем исследователи позволили как свежим, так и замороженным образцам выдерживаться в воде в течение целого года. Ферригидрит, который никогда не замерзал, превратился в гетит, желто-коричневую ржавчину, обычно встречающуюся в прохладных влажных почвах. Ферригидрит, который был заморожен только один раз, вообще не давал гетита, а в условиях ускоренного старения вместо этого превращался в гематит, красную ржавчину, связанную с теплыми и сухими почвами.
Цикл железа, управляемый светом, может быть ускорен
Этот поворот в минералообразовании имеет последствия, выходящие далеко за рамки лаборатории. Соотношение гетита и гематита в древних почвах часто используется для реконструкции климата прошлого, а изотопы кислорода, сохранившиеся в этих минералах, используются для оценки исторических температур. Однако оба этих климатических показателя предполагают, что минеральные преобразования происходили в жидкой воде.
Гематит также поглощает более широкий диапазон солнечных длин волн, чем гетит. В результате, вызванный замерзанием сдвиг в сторону большего образования гематита может ускорить световой цикл железа везде, где полярные почвы оттаивают под солнечным светом.
В сопроводительном комментарии, опубликованном в том же выпуске журнала Science, геохимик Кевин М. Россо из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории в США пишет, что понимание льда как активного геохимического реактора больше не является нишевой заботой для исследователей льда и снега, а является центральной проблемой в понимании геохимического круговорота. железа на поверхности Земли.
Об исследовании
Тао Луо, Тао Чен, Тра Май Буй Тхи, Джеймс Бехан, Криспин Хетерингтон, Халил Ханна и Жан-Франсуа Бойли, Одиночный цикл замораживания перенаправляет трансформацию минералов железа, Science, Vol. 393, № 6807, DOI 10.1126/science.aee9519.
Всего несколько минут замораживания и оттаивания могут оказать решающее влияние на то, как трансформируется ферригидрит, наиболее активный минерал железа в холодных почвах, вечной мерзлоте и ледниках, согласно данным исследователей из Университета Умео в статье, опубликованной в журнале Science. Поскольку потепление климата усиливает циклы замораживания-оттаивания и распространяет их на новые регионы, лед становится все более важным фактором развития экосистем Земли.
То, что происходит с минералами железа, пока они заперты во льду, определяет, как железо ведет себя после таяния льда. Как показывает исследование, опубликованное в журнале Science, несколько минут замораживания решают, как трансформируется минерал железа. Johnér Bildbyrå AB
«Лед — это не пассивный морозильник, а активный геохимический реактор, который может всего за несколько минут изменить способ трансформации железного минерала», — говорит профессор Жан-Франсуа Бойли с химического факультета Университета Умео, возглавлявший исследование.
Лед — это не просто замороженный кусок воды. В природе лед может удерживать широкий спектр соединений, включая минералы и органический углерод. Среди наиболее важных из них — минералы железа, потому что то, что происходит с ними, пока они заперты во льду, определяет, как железо поведет себя после таяния льда.
Железо — один из наиболее распространенных элементов в земной коре и необходимый металл для большинства живых организмов. По мере выветривания горных пород железо высвобождается и реагирует с кислородом и водой с образованием вторичных минералов железа.
Каскадное воздействие на экосистемы
Эти оксиды железа встречаются на обширных участках поверхности Земли. Их можно увидеть в виде налетов ржавого цвета на камнях и мелких частиц в почве, но они также присутствуют в водной среде и в атмосфере. Изменения в способе высвобождения железа могут иметь каскадные последствия во всех экосистемах, от горных ручьев до арктических прибрежных регионов.
В текущем исследовании исследователи исследовали ферригидрит, плохо упорядоченный оксид железа размером всего несколько нанометров. Ферригидрит является доминирующей фазой реактивного железа в ледниковых отложениях, айсбергах и холодных почвах. Большая площадь поверхности позволяет ему связывать значительные количества питательных веществ, загрязняющих веществ и органического углерода. Сохранит ли ферригидрит свою реактивную поверхность или превратится в менее реактивный минерал, зависит, сколько биодоступного железа достигнет полярных океанов и сколько углерода останется в мерзлой земле.
Когда вода замерзает, между растущими кристаллами льда образуются микроскопические карманы жидкости. Вещества, которые не могут быть включены в лед, концентрируются внутри этих карманов. Исследователи обнаружили, что это удержание вместе с силой, которая притягивает незамерзшую воду к наступающему фронту льда, сжимает частицы ферригидрита вместе, срывает слой воды и гидроксильных групп, которые обычно окружают их, и объединяет их в гораздо более крупные агрегаты.
«Частицы выходят изо льда связанными друг с другом, а не просто слипшимися», — говорит Жан-Франсуа Бойи. «Мы могли бы подвергнуть их воздействию ультразвука и держать в кислоте в течение месяца, чтобы они не развалились».
Анализ с использованием электронной микроскопии и других методов показал, что один цикл замораживания при -20 °C увеличивает размер частиц ферригидрита примерно в тридцать раз. Образовались хлопья микрометрового размера, унаследовавшие свою уплощенную форму от границ зерен льда, который их создал. Повторное замораживание материала мало что изменило, поскольку большая часть преобразований произошла во время самого первого замораживания.
Затем исследователи позволили как свежим, так и замороженным образцам выдерживаться в воде в течение целого года. Ферригидрит, который никогда не замерзал, превратился в гетит, желто-коричневую ржавчину, обычно встречающуюся в прохладных влажных почвах. Ферригидрит, который был заморожен только один раз, вообще не давал гетита, а в условиях ускоренного старения вместо этого превращался в гематит, красную ржавчину, связанную с теплыми и сухими почвами.
Цикл железа, управляемый светом, может быть ускорен
Этот поворот в минералообразовании имеет последствия, выходящие далеко за рамки лаборатории. Соотношение гетита и гематита в древних почвах часто используется для реконструкции климата прошлого, а изотопы кислорода, сохранившиеся в этих минералах, используются для оценки исторических температур. Однако оба этих климатических показателя предполагают, что минеральные преобразования происходили в жидкой воде.
Гематит также поглощает более широкий диапазон солнечных длин волн, чем гетит. В результате, вызванный замерзанием сдвиг в сторону большего образования гематита может ускорить световой цикл железа везде, где полярные почвы оттаивают под солнечным светом.
В сопроводительном комментарии, опубликованном в том же выпуске журнала Science, геохимик Кевин М. Россо из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории в США пишет, что понимание льда как активного геохимического реактора больше не является нишевой заботой для исследователей льда и снега, а является центральной проблемой в понимании геохимического круговорота. железа на поверхности Земли.
Об исследовании
Тао Луо, Тао Чен, Тра Май Буй Тхи, Джеймс Бехан, Криспин Хетерингтон, Халил Ханна и Жан-Франсуа Бойли, Одиночный цикл замораживания перенаправляет трансформацию минералов железа, Science, Vol. 393, № 6807, DOI 10.1126/science.aee9519.
Всего несколько минут замораживания и оттаивания могут оказать решающее влияние на то, как трансформируется ферригидрит, наиболее активный минерал железа в холодных почвах, вечной мерзлоте и ледниках, согласно данным исследователей из Университета Умео в статье, опубликованной в журнале Science. Поскольку потепление климата усиливает циклы замораживания-оттаивания и распространяет их на новые регионы, лед становится все более важным фактором развития экосистем Земли.
То, что происходит с минералами железа, пока они заперты во льду, определяет, как железо ведет себя после таяния льда. Как показывает исследование, опубликованное в журнале Science, несколько минут замораживания решают, как трансформируется минерал железа. Johnér Bildbyrå AB
«Лед — это не пассивный морозильник, а активный геохимический реактор, который может всего за несколько минут изменить способ трансформации железного минерала», — говорит профессор Жан-Франсуа Бойли с химического факультета Университета Умео, возглавлявший исследование.
Лед — это не просто замороженный кусок воды. В природе лед может удерживать широкий спектр соединений, включая минералы и органический углерод. Среди наиболее важных из них — минералы железа, потому что то, что происходит с ними, пока они заперты во льду, определяет, как железо поведет себя после таяния льда.
Железо — один из наиболее распространенных элементов в земной коре и необходимый металл для большинства живых организмов. По мере выветривания горных пород железо высвобождается и реагирует с кислородом и водой с образованием вторичных минералов железа.
Каскадное воздействие на экосистемы
Эти оксиды железа встречаются на обширных участках поверхности Земли. Их можно увидеть в виде налетов ржавого цвета на камнях и мелких частиц в почве, но они также присутствуют в водной среде и в атмосфере. Изменения в способе высвобождения железа могут иметь каскадные последствия во всех экосистемах, от горных ручьев до арктических прибрежных регионов.
В текущем исследовании исследователи исследовали ферригидрит, плохо упорядоченный оксид железа размером всего несколько нанометров. Ферригидрит является доминирующей фазой реактивного железа в ледниковых отложениях, айсбергах и холодных почвах. Большая площадь поверхности позволяет ему связывать значительные количества питательных веществ, загрязняющих веществ и органического углерода. Сохранит ли ферригидрит свою реактивную поверхность или превратится в менее реактивный минерал, зависит, сколько биодоступного железа достигнет полярных океанов и сколько углерода останется в мерзлой земле.
Когда вода замерзает, между растущими кристаллами льда образуются микроскопические карманы жидкости. Вещества, которые не могут быть включены в лед, концентрируются внутри этих карманов. Исследователи обнаружили, что это удержание вместе с силой, которая притягивает незамерзшую воду к наступающему фронту льда, сжимает частицы ферригидрита вместе, срывает слой воды и гидроксильных групп, которые обычно окружают их, и объединяет их в гораздо более крупные агрегаты.
«Частицы выходят изо льда связанными друг с другом, а не просто слипшимися», — говорит Жан-Франсуа Бойи. «Мы могли бы подвергнуть их воздействию ультразвука и держать в кислоте в течение месяца, чтобы они не развалились».
Анализ с использованием электронной микроскопии и других методов показал, что один цикл замораживания при -20 °C увеличивает размер частиц ферригидрита примерно в тридцать раз. Образовались хлопья микрометрового размера, унаследовавшие свою уплощенную форму от границ зерен льда, который их создал. Повторное замораживание материала мало что изменило, поскольку большая часть преобразований произошла во время самого первого замораживания.
Затем исследователи позволили как свежим, так и замороженным образцам выдерживаться в воде в течение целого года. Ферригидрит, который никогда не замерзал, превратился в гетит, желто-коричневую ржавчину, обычно встречающуюся в прохладных влажных почвах. Ферригидрит, который был заморожен только один раз, вообще не давал гетита, а в условиях ускоренного старения вместо этого превращался в гематит, красную ржавчину, связанную с теплыми и сухими почвами.
Цикл железа, управляемый светом, может быть ускорен
Этот поворот в минералообразовании имеет последствия, выходящие далеко за рамки лаборатории. Соотношение гетита и гематита в древних почвах часто используется для реконструкции климата прошлого, а изотопы кислорода, сохранившиеся в этих минералах, используются для оценки исторических температур. Однако оба этих климатических показателя предполагают, что минеральные преобразования происходили в жидкой воде.
Гематит также поглощает более широкий диапазон солнечных длин волн, чем гетит. В результате, вызванный замерзанием сдвиг в сторону большего образования гематита может ускорить световой цикл железа везде, где полярные почвы оттаивают под солнечным светом.
В сопроводительном комментарии, опубликованном в том же выпуске журнала Science, геохимик Кевин М. Россо из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории в США пишет, что понимание льда как активного геохимического реактора больше не является нишевой заботой для исследователей льда и снега, а является центральной проблемой в понимании геохимического круговорота. железа на поверхности Земли.
Об исследовании
Тао Луо, Тао Чен, Тра Май Буй Тхи, Джеймс Бехан, Криспин Хетерингтон, Халил Ханна и Жан-Франсуа Бойли, Одиночный цикл замораживания перенаправляет трансформацию минералов железа, Science, Vol. 393, № 6807, DOI 10.1126/science.aee9519.
Всего несколько минут замораживания и оттаивания могут оказать решающее влияние на то, как трансформируется ферригидрит, наиболее активный минерал железа в холодных почвах, вечной мерзлоте и ледниках, согласно данным исследователей из Университета Умео в статье, опубликованной в журнале Science. Поскольку потепление климата усиливает циклы замораживания-оттаивания и распространяет их на новые регионы, лед становится все более важным фактором развития экосистем Земли.
То, что происходит с минералами железа, пока они заперты во льду, определяет, как железо ведет себя после таяния льда. Как показывает исследование, опубликованное в журнале Science, несколько минут замораживания решают, как трансформируется минерал железа. Johnér Bildbyrå AB
«Лед — это не пассивный морозильник, а активный геохимический реактор, который может всего за несколько минут изменить способ трансформации железного минерала», — говорит профессор Жан-Франсуа Бойли с химического факультета Университета Умео, возглавлявший исследование.
Лед — это не просто замороженный кусок воды. В природе лед может удерживать широкий спектр соединений, включая минералы и органический углерод. Среди наиболее важных из них — минералы железа, потому что то, что происходит с ними, пока они заперты во льду, определяет, как железо поведет себя после таяния льда.
Железо — один из наиболее распространенных элементов в земной коре и необходимый металл для большинства живых организмов. По мере выветривания горных пород железо высвобождается и реагирует с кислородом и водой с образованием вторичных минералов железа.
Каскадное воздействие на экосистемы
Эти оксиды железа встречаются на обширных участках поверхности Земли. Их можно увидеть в виде налетов ржавого цвета на камнях и мелких частиц в почве, но они также присутствуют в водной среде и в атмосфере. Изменения в способе высвобождения железа могут иметь каскадные последствия во всех экосистемах, от горных ручьев до арктических прибрежных регионов.
В текущем исследовании исследователи исследовали ферригидрит, плохо упорядоченный оксид железа размером всего несколько нанометров. Ферригидрит является доминирующей фазой реактивного железа в ледниковых отложениях, айсбергах и холодных почвах. Большая площадь поверхности позволяет ему связывать значительные количества питательных веществ, загрязняющих веществ и органического углерода. Сохранит ли ферригидрит свою реактивную поверхность или превратится в менее реактивный минерал, зависит, сколько биодоступного железа достигнет полярных океанов и сколько углерода останется в мерзлой земле.
Когда вода замерзает, между растущими кристаллами льда образуются микроскопические карманы жидкости. Вещества, которые не могут быть включены в лед, концентрируются внутри этих карманов. Исследователи обнаружили, что это удержание вместе с силой, которая притягивает незамерзшую воду к наступающему фронту льда, сжимает частицы ферригидрита вместе, срывает слой воды и гидроксильных групп, которые обычно окружают их, и объединяет их в гораздо более крупные агрегаты.
«Частицы выходят изо льда связанными друг с другом, а не просто слипшимися», — говорит Жан-Франсуа Бойи. «Мы могли бы подвергнуть их воздействию ультразвука и держать в кислоте в течение месяца, чтобы они не развалились».
Анализ с использованием электронной микроскопии и других методов показал, что один цикл замораживания при -20 °C увеличивает размер частиц ферригидрита примерно в тридцать раз. Образовались хлопья микрометрового размера, унаследовавшие свою уплощенную форму от границ зерен льда, который их создал. Повторное замораживание материала мало что изменило, поскольку большая часть преобразований произошла во время самого первого замораживания.
Затем исследователи позволили как свежим, так и замороженным образцам выдерживаться в воде в течение целого года. Ферригидрит, который никогда не замерзал, превратился в гетит, желто-коричневую ржавчину, обычно встречающуюся в прохладных влажных почвах. Ферригидрит, который был заморожен только один раз, вообще не давал гетита, а в условиях ускоренного старения вместо этого превращался в гематит, красную ржавчину, связанную с теплыми и сухими почвами.
Цикл железа, управляемый светом, может быть ускорен
Этот поворот в минералообразовании имеет последствия, выходящие далеко за рамки лаборатории. Соотношение гетита и гематита в древних почвах часто используется для реконструкции климата прошлого, а изотопы кислорода, сохранившиеся в этих минералах, используются для оценки исторических температур. Однако оба этих климатических показателя предполагают, что минеральные преобразования происходили в жидкой воде.
Гематит также поглощает более широкий диапазон солнечных длин волн, чем гетит. В результате, вызванный замерзанием сдвиг в сторону большего образования гематита может ускорить световой цикл железа везде, где полярные почвы оттаивают под солнечным светом.
В сопроводительном комментарии, опубликованном в том же выпуске журнала Science, геохимик Кевин М. Россо из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории в США пишет, что понимание льда как активного геохимического реактора больше не является нишевой заботой для исследователей льда и снега, а является центральной проблемой в понимании геохимического круговорота. железа на поверхности Земли.
Об исследовании
Тао Луо, Тао Чен, Тра Май Буй Тхи, Джеймс Бехан, Криспин Хетерингтон, Халил Ханна и Жан-Франсуа Бойли, Одиночный цикл замораживания перенаправляет трансформацию минералов железа, Science, Vol. 393, № 6807, DOI 10.1126/science.aee9519.