Согласно исследованию Университета Умео, лёд может растворять минералы железа эффективнее, чем вода. Это открытие поможет объяснить, почему многие арктические реки приобретают ржаво-оранжевый оттенок по мере таяния вечной мерзлоты в условиях глобального потепления.
Исследование, опубликованное в научном журнале PNAS, показывает, что лёд при температуре -10°С высвобождает больше железа из распространённых минералов, чем жидкая вода при температуре 4°С. Это опровергает устоявшееся мнение о том, что в замороженной среде химические реакции замедляются.
«Может показаться нелогичным, но лед — это не пассивная замороженная глыба», — говорит Жан-Франчоис Бойли, профессор Университета Умео и соавтор исследования. «При замораживании между кристаллами льда образуются микроскопические скопления жидкой воды. Они действуют как химические реакторы, где соединения становятся концентрированными и чрезвычайно кислыми. Это значит, что они могут вступать в реакцию с минералами железа даже при температурах до -30°С».
Чтобы понять этот процесс, исследователи изучили гетит — широко распространённый минерал, оксид железа, — а также встречающуюся в природе органическую кислоту.
Было обнаружено, что при многократных циклах замораживания и оттаивания железо растворяется более эффективно. Когда лёд замерзает и оттаивает, органические соединения, которые ранее находились в толще льда, высвобождаются, запуская дальнейшие химические реакции. Солёность также играет важную роль: пресная и солоноватая вода ускоряют растворение, а морская вода может его замедлить.
Полученные результаты применимы в основном к кислым средам, таким как места дренажа шахт, замерзшая пыль в атмосфере, кислые сульфатные почвы на побережье Балтийского моря, а также к любой кислой замерзшей среде, в которой минералы железа взаимодействуют с органическими веществами. Следующий шаг — выяснить, справедливо ли это для всех железосодержащих льдов. Именно это вскоре покажут исследования в лаборатории Бойли.
«По мере потепления климата циклы замерзания и оттаивания становятся более частыми, — говорит Анджело Пио Себаали, первый автор исследования. — Каждый из них приводит к попаданию железа из почвы и вечной мерзлоты в воду. Это может повлиять на качество воды и экосистемы на обширных территориях».
Полученные данные свидетельствуют о том, что лёд — это не пассивное хранилище, а активный участник процесса. По мере увеличения количества циклов замерзания и оттаивания в полярных и горных регионах его влияние на экосистемы и естественный круговорот элементов может стать значительным.
