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Presos por milênios, os menores remanescentes líquidos de um antigo mar interior foram agora revelados. A surpreendente descoberta de água do mar selada no que hoje é a América do Norte há 390 milhões de anos abre um novo caminho para a compreensão de como os oceanos mudam e se adaptam às mudanças climáticas. O método também pode ser útil para entender como o hidrogênio pode ser armazenado com segurança no subsolo e transportado para uso como fonte de combustível livre de carbono.
“Descobrimos que podemos realmente extrair informações dessas características minerais que podem ajudar a informar estudos geológicos, como a química da água do mar desde os tempos antigos”, disse Sandra Taylor, primeira autora do estudo e cientista do Departamento de Energia do Pacífico Noroeste Nacional. Laboratório.
Taylor trabalhou com os colegas do PNNL Daniel Perea, John Cliff e Libor Kovarik para realizar as análises em colaboração com os geoquímicos Daniel Gregory da Universidade de Toronto e Timothy Lyons da Universidade da Califórnia, Riverside. A equipe de pesquisa relatou sua descoberta na edição de dezembro de 2022 da Cartas de Ciências da Terra e Planetárias.
mares antigos; ferramentas modernas
Muitos tipos de minerais e pedras preciosas contêm pequenos bolsões de líquido aprisionado. De fato, algumas pedras preciosas são valorizadas por suas bolhas de líquido captadoras de luz presas em seu interior. A diferença neste estudo é que os cientistas foram capazes de revelar o que havia dentro dos menores bolsões de água, usando microscopia avançada e análises químicas.
As descobertas do estudo confirmaram que a água presa dentro da rocha se encaixa no perfil químico do antigo mar de água salgada interior que já ocupou o norte do estado de Nova York, onde a rocha se originou. Durante o período Devoniano Médio, este mar interior estendia-se do atual Michigan até Ontário, no Canadá. Abrigava um recife de coral que rivalizava com a Grande Barreira de Corais da Austrália. Escorpiões marinhos do tamanho de uma caminhonete patrulhavam as águas que abrigavam criaturas agora extintas, como trilobitas e os primeiros exemplos de caranguejos-ferradura.
Mas eventualmente o clima mudou e, junto com essa mudança, a maioria das criaturas e o próprio mar desapareceram, deixando para trás apenas restos fósseis incrustados em sedimentos que eventualmente se tornaram a amostra de rocha de pirita usada no experimento atual.
Pistas para um clima antigo e para as mudanças climáticas
Os cientistas usam amostras de rochas como evidência para entender como o clima mudou ao longo do tempo geológico.
“Usamos depósitos minerais para estimar a temperatura dos oceanos antigos”, disse Gregory, geólogo da Universidade de Toronto e um dos líderes do estudo. Mas há relativamente poucos exemplos úteis no registro geológico.
“Depósitos de sal da água do mar aprisionada [halite] são relativamente raros no registro de rochas, então há milhões de anos faltando nos registros e o que sabemos atualmente é baseado em algumas localidades onde há halita encontrada”, disse Gregory. Em contraste, a pirita é encontrada em todos os lugares. “Amostragem com esta técnica pode abrir milhões de anos do registro geológico e levar a uma nova compreensão das mudanças climáticas.”
surpresa da agua do mar
A equipe de pesquisa estava tentando entender outra questão ambiental – a lixiviação de arsênico tóxico da rocha – quando notaram os pequenos defeitos. Os cientistas descrevem a aparência desses minerais de pirita em particular como framboides – derivado da palavra francesa para framboesa – porque eles se parecem com aglomerados de segmentos de framboesa sob o microscópio.
“Observamos primeiro essas amostras através do microscópio eletrônico, e vimos esse tipo de mini bolhas ou mini características dentro do framboide e nos perguntamos o que eram”, disse Taylor.
Usando as técnicas de detecção precisas e sensíveis de tomografia de sonda atômica e espectrometria de massa – que podem detectar quantidades minúsculas de elementos ou impurezas em minerais – a equipe descobriu que as bolhas realmente continham água e sua química de sal combinava com a dos mares antigos.
Do mar antigo ao armazenamento de energia moderno
Esses tipos de estudos também têm o potencial de fornecer informações interessantes sobre como armazenar com segurança hidrogênio ou outros gases no subsolo.
“O hidrogênio está sendo explorado como uma fonte de combustível de baixo carbono para várias aplicações de energia. Isso requer a capacidade de recuperar e armazenar com segurança grandes quantidades de hidrogênio em reservatórios geológicos subterrâneos. Portanto, é importante entender como o hidrogênio interage com as rochas”, disse Taylor. . “A tomografia de sonda atômica é uma das poucas técnicas em que você pode não apenas medir átomos de hidrogênio, mas também ver onde ele vai no mineral. Este estudo sugere que pequenos defeitos em minerais podem ser potenciais armadilhas para o hidrogênio. Então, usando Com essa técnica, poderíamos descobrir o que está acontecendo no nível atômico, o que ajudaria na avaliação e otimização de estratégias para armazenamento de hidrogênio no subsolo.”
Esta pesquisa foi realizada no EMSL, o Laboratório de Ciências Moleculares Ambientais, uma instalação do usuário do DOE Office of Science no PNNL. Lyons e Gregory se inscreveram para usar a instalação por meio de um processo de inscrição competitivo. A pesquisa também foi apoiada por uma bolsa do Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá.
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