Reaksi kimia ini, yang menghasilkan gas hidrogen, dianggap sebagai salah satu sumber energi paling awal untuk kehidupan di Bumi.
Reaksi kimia antara mineral yang mengandung zat besi dan air dapat menghasilkan "makanan" hidrogen yang cukup untuk menopang komunitas mikroba yang hidup di pori-pori dan retakan dalam volume batu yang sangat besar di bawah dasar laut dan bagian-bagian dari benua, menurut sebuah studi baru yang dipimpin oleh Universitas Colorado Boulder.
Temuan itu, yang diterbitkan dalam jurnal Nature Geoscience, juga mengisyaratkan kemungkinan bahwa kehidupan yang bergantung pada hidrogen bisa ada di mana batuan beku yang kaya zat besi di Mars pernah bersentuhan dengan air.
Planet Mars - matang untuk eksplorasi. Itu adalah dunia yang paling seperti Bumi di tata surya kita, dengan atmosfer yang tipis dan hampir 24 jam sehari.
Para ilmuwan telah menyelidiki secara menyeluruh bagaimana reaksi air-batu dapat menghasilkan hidrogen di tempat-tempat di mana suhunya terlalu panas bagi makhluk hidup untuk bertahan hidup, seperti pada batuan yang mendasari sistem lubang hidrotermal di lantai Samudra Atlantik. Gas-gas hidrogen yang dihasilkan di bebatuan itu pada akhirnya memberi makan kehidupan mikroba, tetapi komunitas-komunitas itu hanya terletak di oase kecil yang lebih dingin di mana cairan ventilasi bercampur dengan air laut.
Studi baru, yang dipimpin oleh CU-Boulder Research Associate Lisa Mayhew, berangkat untuk menyelidiki apakah reaksi penghasil hidrogen juga dapat terjadi pada batuan yang jauh lebih melimpah yang disusupi dengan air pada suhu yang cukup dingin untuk bertahan hidup.
"Reaksi air-batu yang menghasilkan gas hidrogen dianggap sebagai salah satu sumber energi paling awal untuk kehidupan di Bumi," kata Mayhew, yang bekerja pada penelitian ini sebagai mahasiswa doktoral di laboratorium CU-Boulder Associate Professor Alexis Templeton di Departemen Ilmu Geologi.
“Namun, kita tahu sedikit tentang kemungkinan bahwa hidrogen akan dihasilkan dari reaksi-reaksi ini ketika suhu cukup rendah sehingga kehidupan dapat bertahan. Jika reaksi ini dapat menghasilkan hidrogen yang cukup pada suhu rendah ini, maka mikroorganisme mungkin dapat hidup di bebatuan di mana reaksi ini terjadi, yang berpotensi menjadi habitat mikroba bawah permukaan yang sangat besar untuk kehidupan yang memanfaatkan hidrogen. "
Ketika batuan beku, yang terbentuk ketika magma perlahan mendingin jauh di dalam Bumi, disusupi oleh air laut, beberapa mineral melepaskan atom besi yang tidak stabil ke dalam air. Pada suhu tinggi - lebih hangat dari 392 derajat Fahrenheit (200 derajat Celcius) - para ilmuwan tahu bahwa atom yang tidak stabil, yang dikenal sebagai besi tereduksi, dapat dengan cepat memecah molekul air dan menghasilkan gas hidrogen, serta mineral baru yang mengandung besi di tempat yang lebih stabil, teroksidasi. bentuk, kondisi.
Mayhew dan rekan penulisnya, termasuk Templeton, menenggelamkan bebatuan dalam air tanpa adanya oksigen untuk menentukan apakah reaksi serupa akan terjadi pada suhu yang jauh lebih rendah, antara 122 dan 212 derajat Fahrenheit (50 hingga 100 derajat Celcius). Para peneliti menemukan bahwa batu-batu itu memang menciptakan hidrogen - berpotensi hidrogen yang cukup untuk mendukung kehidupan.
Untuk memahami secara lebih rinci reaksi kimia yang menghasilkan hidrogen dalam percobaan laboratorium, para peneliti menggunakan "radiasi synchrotron" - yang dibuat oleh elektron yang mengorbit dalam cincin penyimpanan buatan manusia - untuk menentukan jenis dan lokasi besi dalam batuan pada suatu skala mikro.
Para peneliti berharap menemukan bahwa pengurangan zat besi dalam mineral seperti olivin telah dikonversi ke keadaan teroksidasi yang lebih stabil, seperti yang terjadi pada suhu yang lebih tinggi. Tetapi ketika mereka melakukan analisis mereka di Stanford Synchrotron Radiation Lightsource di Stanford University, mereka terkejut menemukan besi teroksidasi yang baru terbentuk pada mineral "spinel" yang ditemukan di bebatuan. Spinel adalah mineral dengan struktur kubik yang sangat konduktif.
Menemukan besi teroksidasi pada spinel membuat tim berhipotesis bahwa, pada suhu rendah, spinel konduktif membantu memfasilitasi pertukaran elektron antara besi dan air tereduksi, suatu proses yang diperlukan bagi besi untuk membelah molekul air dan menciptakan hidrogen. gas.
"Setelah mengamati pembentukan besi teroksidasi pada spinel, kami menyadari ada korelasi kuat antara jumlah hidrogen yang diproduksi dan persentase volume fase spinel dalam bahan reaksi," kata Mayhew. "Secara umum, semakin banyak spinel, semakin banyak hidrogen."
Tidak hanya ada potensi volume besar batuan di Bumi yang dapat mengalami reaksi suhu rendah ini, tetapi jenis batuan yang sama juga lazim di Mars, kata Mayhew. Mineral yang terbentuk sebagai hasil dari reaksi batuan-air di Bumi telah terdeteksi di Mars juga, yang berarti bahwa proses yang dijelaskan dalam penelitian baru mungkin memiliki implikasi bagi potensi mikroba habitat Mars.
Mayhew dan Templeton sudah membangun penelitian ini dengan rekan penulis mereka, termasuk Thomas McCollom di Laboratorium Fisika Atmosfer dan Ruang Angkasa CU-Boulder, untuk melihat apakah reaksi yang menghasilkan hidrogen benar-benar dapat mempertahankan mikroba di laboratorium.
Melalui Universitas Colorado Boulder