圖片:研究人員Oliver Warr在南非Moab Khotsong收集樣本

一個國際研究小組在南非摩押霍松(Moab Khotsong)金礦和鈾礦的深層發現了12億年前的地下水，這進一步揭示了生命是如何在地表以下維持的，以及它如何在其他行星上茁壯成長的。

“我們第一次深入了解了儲存在地下深處的能量是如何隨著時間的推移在地殼中釋放和分布的，”多倫多大學地球科學系副研究員、該研究的主要作者奧利弗·瓦爾(Oliver Warr)說。“可以把它想象成一個能產生氦和氫的潘多拉魔盒，我們可以學習如何利用它，在全球范圍內造福于深層生物圈。”

多倫多大學地球科學系教授、通訊作者Barbara Sherwood Lollar說:“十年前，我們發現了加拿大地盾下10億年前的地下水——這似乎只是一個開始。”“現在，在Moab Khotsong地表下2.9公里處，我們發現，世界水循環的極端前哨比以前認為的更廣泛。”

鈾和其他放射性元素自然地存在于含礦物和礦床的圍巖中。這些元素提供了關于地下水作為化巖營養(或吃巖石的微生物群)的動力來源的新信息，這些共生微生物群以前在地球深層的地下發現過。當鈾、釷和鉀等元素在地下衰變時，產生的阿爾法、貝塔和伽馬輻射會產生連鎖反應，在周圍的巖石和流體中引發所謂的放射性反應。

在Moab Khotsong，研究人員發現了大量的放射性氦、氖、氬和氙，并前所未有地發現了一種氪的同位素——一種從未見過的這種強大反應歷史的示蹤劑。輻射還在一個被稱為輻射分解的過程中分解水分子，產生大量的氫，這是地球深處的地下微生物群落無法從太陽獲得能量進行光合作用的重要能源。

由于它們的質量極小，氦和氖在確定和量化輸運勢方面具有獨特的價值。雖然發現這些水的結晶基底巖石孔隙率極低，這意味著地下水本身在很大程度上是孤立的，很少混合，占其12億年的歷史，擴散仍然可以發生。

沃爾說:“塑料、不銹鋼甚至固體巖石等固體材料最終會被擴散的氦氣滲透，就像氦氣氣球的充氣一樣。”“我們的結果表明，擴散為最初由放射性反應產生的75%至82%的氦和氖提供了一種方式，它們可以通過上覆地殼運輸。”

研究人員強調，隨著全球氦氣儲量耗盡，向更可持續資源的過渡取得了進展，這項研究關于氦從地球深處擴散上來的新見解是向前邁出的關鍵一步。

“人類并不是唯一依賴地球深層地下能量資源的生命形式，”瓦爾說。“由于放射性反應同時產生氦和氫，我們不僅可以了解氦的儲存和運輸，還可以計算來自地球深處的氫能通量，這可以維持全球范圍內的地下微生物。”

瓦爾指出，這些計算對于理解地球上的地下生命是如何維持的，以及太陽系及其以外的其他行星和衛星上可能從輻射驅動的能量中獲得什么至關重要，為即將進行的火星、土衛六、土衛二和木衛二任務提供了信息。

該論文的其他合著者包括牛津大學的C.J. Ballentine，以及普林斯頓大學和新墨西哥礦業技術研究所的研究人員。

該研究由NSERC、NWMO、牛津大學和CIFAR的地球4D:地下科學與探索項目提供資金。NSF和ICDP資助了取樣設備的鉆探和安裝。