Группа ученых, использующая ультрасовременный прибор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, сообщает об открытии планетарного масштаба «перетягивания каната» жизни, недр Земли и верхних слоев атмосферы, что выражается в атмосферном азоте..
Земная атмосфера отличается от атмосфер большинства других скалистых планет и лун в нашей Солнечной системе тем, что она богата газообразным азотом, или N2; Атмосфера Земли на 78 процентов состоит из газообразного азота. Титан, крупнейший из более чем 60 спутников Сатурна, является другим телом в нашей Солнечной системе с богатой азотом атмосферой, похожей на нашу.
По сравнению с другими ключевыми элементами жизни, такими как кислород, водород и углерод, молекулярный азот очень стабилен. Два атома азота объединяются, образуя молекулы N2, которые остаются в атмосфере миллионы лет.
Большая часть азота имеет атомную массу 14. Менее одного процента азота имеет дополнительный нейтрон. Хотя этот тяжелый изотоп, азот-15, встречается редко, молекулы N2 содержат две молекулы азота-15, которые химики называют 15N 15N - самые редкие из всех молекул N2.
Группа ученых измерила количество 15N15N в воздухе и обнаружила, что эта редкая форма газообразного азота далеко обильнее, чем предполагали ученые. Атмосфера Земли содержит примерно на два процента больше 15N15N, чем можно объяснить геохимическими процессами, происходящими у поверхности Земли.
«Это превышение не было известно раньше, потому что никто не мог его измерить», - сказал старший автор Эдвард Янг, профессор геохимии и космохимии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.«Наш единственный в своем роде масс-спектрометр «Панорама» позволяет нам увидеть это впервые. Мы провели эксперименты, показавшие, что единственный способ для этого превышения 15N 15N происходит в результате редких реакций в верхних слоях атмосферы. Два процента - это огромный избыток».
Янг сказал, что обогащение 15N15N в атмосфере Земли является характерной особенностью нашей планеты. «Но это также дает нам представление о том, как могут выглядеть признаки других планет, особенно если они способны поддерживать жизнь, какой мы ее знаем».
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
«Сначала мы не поверили измерениям и потратили около года на то, чтобы убедить себя в том, что они точны», - сказал ведущий автор Лоуренс Йенг, доцент кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетах в Университете Райса.
Исследование началось четыре года назад, когда Юнг, в то время работавший в лаборатории Янга постдокторантом Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, узнал о первом в своем роде масс-спектрометре, который устанавливался в лаборатории Янга.
«В то время ни у кого не было способа надежно определить количество 15N15N», - сказал Юнг, присоединившийся к Райс. факультет в 2015 году. «У него атомная масса 30, такая же, как у оксида азота. Сигнал от оксида азота обычно подавляет сигнал от 15N15 N в масс-спектрометрах.
Разница в массе между оксидом азота и 15N15N составляет примерно две тысячных доли массы нейтрона. Когда Юнг узнал, что новая машина в лаборатории Янга может различать эту небольшую разницу, он подал заявку на получение гранта от Национального научного фонда, чтобы точно узнать, сколько 15N15 N находится в атмосфере Земли.
Соавторы Джошуа Хаслун и Натаниэль Остром из Мичиганского государственного университета провели эксперименты с бактериями, потребляющими N2, и бактериями, производящими N2. что позволило команде определить свои подписи 15N15N.
Эти эксперименты показали, что в воздухе должно быть больше 15N15N, чем случайные пары азота-14 и азота. -15 будет производить - обогащение примерно 1 часть на 1000, сказал Юнг.
«Было некоторое обогащение в биологических экспериментах, но недостаточное, чтобы объяснить то, что мы обнаружили в атмосфере», - сказал Йенг. «На самом деле это означало, что процесс, вызывающий обогащение атмосферы 15N15N, должен бороться с этой биологической сигнатурой. перетягивание каната.
Команда обнаружила, что смешение воздуха с электричеством, которое имитирует химию верхних слоев атмосферы, может привести к обогащению уровней 15N15 N, как измеряли в пробах воздуха.
Исследователи протестировали пробы воздуха с уровня земли и с высоты около 20 миль, а также растворенный воздух из проб мелководной океанской воды.
"Мы думаем, что обогащение 15N15N в основном связано с химическими процессами в верхних слоях атмосферы, на высотах, близких к орбите Земли. Международной космической станции», - сказал Юнг. «Перетягивание каната происходит из-за того, что жизнь тянет в другом направлении, и мы можем видеть химические доказательства этого. Мы можем видеть перетягивание каната повсюду."