О чем рассказали ученым удивительные флуоресцентные пещеры

Глубоко под поверхностью Земли есть пещеры, изучение которых может раскрыть секреты существования жизни в экстремальных условиях. Под ультрафиолетовым светом минералы в этих пещерах начинают светиться яркими оттенками розового, синего и зеленого, демонстрируя следы химических процессов, происходивших миллионы лет назад. Изучая эти минералы, ученые узнают, как образовались пещеры и как в экстремальных условиях поддерживается жизнь — эти сведения помогают узнать больше не только об истории развития жизни на Земле, но и о вероятном зарождении жизни на других планетах.

Изучает пещеры команда американских ученых под руководством астробиолога Джошуа Себри, профессора Университета Северной Айовы. Одним из ключевых объектов исследования стала Пещера Ветров (Wind Cave) в Южной Дакоте, чьи условия, как предполагается, схожи с теми, что могут существовать на поверхности ледяного спутника Юпитера — Европы. По словам Себри, цель проекта — лучше понять химические процессы, происходящие в глубинах Земли, которые поддерживают жизнь в экстремальных условиях.

Исследователи тщательно картографируют подземные лабиринты, фиксируя их минеральный состав, потоки воды и присутствующие в них микроорганизмы. В ходе экспедиций они используют портативные ультрафиолетовые лампы, которые позволяют выявить невидимые при обычном освещении минералы. Многие стены, казавшиеся однотонными и невыразительными, в лучах ультрафиолета превращаются в яркие слои светящихся отложений, которыми естественным образом отмечены места, где десятки тысяч лет назад находились водоемы. Эти «химические ископаемые» помогают исследователям проследить историю формирования пещер.

Ранее для изучения химического состава минералов приходилось забирать образцы в лабораторию и там анализировать их, разрушая при этом. Однако теперь в арсенале ученых есть портативные спектрометры, которые позволяют проводить спектральный анализ прямо на месте. Полученные данные, словно отпечатки пальцев, позволяют определить химический состав без необходимости разрушать геологические образования.

Однако работа в подземных лабиринтах сопряжена с многочисленными трудностями. Температура в некоторых пещерах, например, в Мистери Кейв (Mystery Cave) в Миннесоте, не превышает 9 , из-за чего исследователям приходилось согревать батареи приборов, чтобы те не вышли из строя. Кроме того, ученые неоднократно оказывались в узких проходах шириной всего 30 сантиметров, стояли по колено в ледяной воде, теряли обувь и детали одежды в процессе передвижения.

Оценка флуоресценции зебрового кальцита в Пещере Ветров с помощью портативного спектрометраИсточник: Joshua Sebree

Несмотря на все сложности, исследования уже дали ценные результаты. В частности, команда обнаружила, что формирование Пещеры Ветров было связано с богатой марганцем водой, которая вымывала породы и способствовала росту уникальных полосатых кальцитов, которые под ультрафиолетовыми лучами светятся розовым цветом. Эти кальциты оказались слабее окружающего известняка, что позднее привело к их разрушению и последующему расширению пещеры — ранее подобный механизм образования подземных структур не был изучен.

В будущем Себри и его коллеги планируют сравнить точность метода флуоресценции с традиционными лабораторными анализами и исследовать светящиеся в УФ-излучении подземные воды. Ученые надеются выяснить, как жизнь на поверхности Земли могла повлиять на микробные сообщества в ее глубинах, а также понять, могут ли минерализованные воды поддерживать жизнь за пределами нашей планеты. Таким образом, исследования подземных пещер Земли могут стать ключом к разгадке тайн жизни во Вселенной.