Земля не только поддерживает разнообразные экосистемы, но и обладает местами, которые служат аналогами других миров в нашей Солнечной системе. Астробиолог Джошуа Себри из Университета Северной Айовы считает, что Пещера Ветра в Южной Дакоте имеет химические сходства с ледяным спутником Юпитера — Европой.
Европа представляет большой научный интерес, поскольку, по мнению ученых, под ее ледяной корой может находиться океан, что делает этот спутник одним из ключевых объектов в поиске внеземной жизни.
Команда Себри отправилась вглубь Пещеры Ветра, чтобы исследовать флуоресцентные минералы и формы жизни, обитающие на глубинах в сотни футов под землей.
«Цель нашего проекта — лучше понять химические процессы, происходящие в подземных условиях, и выяснить, каким образом они могут поддерживать жизнь», — отметил Себри.
Использование портативного спектрометра
Пещера Ветра, расположенная в южной части Чёрных холмов Южной Дакоты, считается шестой по протяженности пещерой в мире. Около 350 миллионов лет назад эта территория была покрыта древними морями.
Вместо традиционного метода отбора образцов для лабораторного анализа команда Себри использует портативный спектрометр, который позволяет собирать спектры флуоресценции (химический состав) непосредственно в пещере.
С помощью ультрафиолетового света ученые изучают минералы, содержащиеся в горных породах. Под воздействием УФ-излучения обычные камни приобретают яркие оттенки розового, синего и зеленого. Эти светящиеся минералы могут дать представление о том, как жизнь выживает в экстремальных условиях.
Яркое свечение минералов под УФ-светом вызвано примесями, попавшими в породы миллионы лет назад. Эти «химические окаменелости» помогают определить, какие органические и неорганические соединения присутствуют в породах и где когда-то текли потоки воды, перенося минеральные вещества.
«Стенки казались абсолютно обычными, без каких-либо примечательных особенностей. Но стоило включить ультрафиолетовый свет, как перед нами открылся слой флуоресцентных минералов, который указывал на то, что здесь находился водоем 10 000–20 000 лет назад», — рассказал Себри.
Испытания в экстремальных условиях
Исследование этих пещер сопряжено с множеством трудностей. Ученым приходится работать в условиях низких температур и узких проходов, но полученные данные стоят затраченных усилий.
В Пещере Ветра исследователи обнаружили, что вода, богатая марганцем, способствовала формированию уникальных розовых светящихся полосчатых кальцитов. Себри предполагает, что разрушение более слабых кальцитовых образований могло сыграть важную роль в расширении пещеры.
«Это совершенно иной механизм формирования пещер, чем тот, который изучался ранее», — подчеркнул ученый в пресс-релизе.
Эти исследования имеют особую ценность, поскольку помогают лучше понять внеземные среды. Химический состав воды в пещерах схож с предполагаемыми условиями на Европе, что может приблизить нас к разгадке тайны существования жизни за пределами Земли.
Ученые планируют продолжить изучение флуоресцентной воды пещер, чтобы исследовать влияние поверхностной жизни на подземные экосистемы и определить, могут ли подобные условия поддерживать жизнь на других планетах.
Кроме того, студенты-исследователи работают над созданием открытой базы данных флуоресценции минералов. Эти химические «отпечатки» помогут более точно картировать пещеры и углубиться в их историю формирования.
В перспективе ученые намерены использовать пещеры как модели для изучения экстремофилов и разработать автоматизированный спектрометр для будущих космических миссий.
Результаты исследования будут представлены на весенней конференции Американского химического общества (ACS).
