Нове дослідження вчених з Умеоського університету (Швеція) показало: лід може викликати хімічні реакції навіть сильніше, ніж рідка вода, розчиняючи мінерали заліза в екстремально холодних умовах. Коли відбуваються цикли «замерзання-танення», цей ефект лише посилюється, вивільняючи залізо у воду та ґрунт. Унаслідок кліматичних змін такі цикли стають дедалі частішими, і арктичні річки можуть зазнати суттєвих перетворень.
Коли лід виявляється активнішим за воду
За словами дослідників, лід при –10 °C здатен вивільняти більше заліза з мінералів, ніж вода при +4 °C. Це відкриття, опубліковане у журналі PNAS, кидає виклик старим уявленням, що холод сповільнює хімічні процеси.
«Може здатися парадоксальним, але лід — це не пасивний замерзлий блок», — пояснює професор Умеоського університету Жан-Франсуа Буаїлі, співавтор роботи. — «Під час замерзання між кристалами льоду утворюються мікроскопічні кишені рідкої води. У цих крихітних просторах речовини концентруються, а середовище стає надзвичайно кислим. Саме там і відбуваються реакції, здатні розчиняти залізо навіть при –30 °C».
Як відбувається «іржавіння» льодових річок
Щоб розібратися у механізмі, команда дослідила ґетит (FeOOH) — поширений оксид заліза — у поєднанні з природними органічними кислотами, використовуючи методи електронної мікроскопії та експериментального моделювання.
З’ясувалося, що багаторазове замерзання і відтавання робить процес розчинення заліза значно ефективнішим. Під час танення органічні сполуки, раніше «ув’язнені» у льоді, виходять у розчин і запускають нові реакції.
Важливим чинником виявилася солоність: прісна та слабкосолона вода посилює розчинення, тоді як морська — навпаки, його пригнічує.
Де це відбувається в природі
Отримані результати особливо актуальні для кислих середовищ — наприклад, у районах шахтних дренажів, на узбережжях Балтійського моря з кислими сульфатними ґрунтами, у замерзлих пилових частинках атмосфери або в інших холодних зонах, де мінерали заліза взаємодіють з органічними речовинами.
Наступний крок дослідників — з’ясувати, чи так само поводиться будь-який лід, що містить залізо, незалежно від умов утворення. Цим питанням зараз займається лабораторія Буаїлі.
Потепління — каталізатор змін у північних екосистемах
«У міру того як клімат теплішає, цикли замерзання-відтавання стають частішими», — зазначає Анджело Піо Себаалі, аспірант та перший автор роботи. — «Кожен такий цикл вивільняє нову порцію заліза з ґрунту та вічної мерзлоти у воду, що впливає на якість води та екологію водойм у величезних регіонах».
Отже, лід — не просто сховище речовин, а активний учасник природного колообігу елементів. Із частішими замерзаннями та відлигами в полярних і гірських регіонах вплив цього процесу на екосистеми може стати значним.