Las bolsas de agua de mar más pequeñas jamás antiguas reveladas

Atrapados durante milenios, ahora se han revelado los restos líquidos más pequeños de un antiguo mar interior. El sorprendente descubrimiento de agua de mar sellada en lo que ahora es América del Norte durante 390 millones de años abre una nueva vía para comprender cómo los océanos cambian y se adaptan al cambio climático. El método también puede ser útil para comprender cómo el hidrógeno puede almacenarse de forma segura bajo tierra y transportarse para su uso como fuente de combustible libre de carbono.

«Descubrimos que en realidad podemos extraer información de estas características minerales que podrían ayudar a informar estudios geológicos, como la química del agua de mar de la antigüedad», dijo Sandra Taylor, primera autora del estudio y científica del Pacific Northwest National del Departamento de Energía. laboratorio.

Taylor trabajó con los colegas de PNNL Daniel Perea, John Cliff y Libor Kovarik para realizar los análisis en colaboración con los geoquímicos Daniel Gregory de la Universidad de Toronto y Timothy Lyons de la Universidad de California, Riverside. El equipo de investigación informó sobre su descubrimiento en la edición de diciembre de 2022 de Earth and Planetary Science Letters.

Mares antiguos; herramientas modernas

Muchos tipos de minerales y gemas contienen pequeñas bolsas de líquido atrapado. De hecho, algunas piedras preciosas son apreciadas por sus burbujas de líquido atrapadas en su interior. Lo que es diferente en este estudio es que los científicos pudieron revelar lo que había dentro de las bolsas de agua más pequeñas, utilizando microscopía avanzada y análisis químicos.

Los hallazgos del estudio confirmaron que el agua atrapada dentro de la roca se ajustaba al perfil químico del antiguo mar interior de agua salada que una vez ocupó el norte del estado de Nueva York, donde se originó la roca. Durante el período Devónico medio, este mar interior se extendía desde el actual Michigan hasta Ontario, Canadá. Albergaba un arrecife de coral que rivalizaba con la Gran Barrera de Coral de Australia. Escorpiones marinos del tamaño de una camioneta patrullaban las aguas que albergaban criaturas ahora extintas como los trilobites y los primeros ejemplos de cangrejos herradura.

Pero eventualmente el clima cambió, y junto con ese cambio, la mayoría de las criaturas y el mar mismo desaparecieron, dejando solo restos fósiles incrustados en sedimentos que finalmente se convirtieron en la muestra de roca de pirita utilizada en el experimento actual.

Pistas sobre un clima antiguo y sobre el cambio climático

Los científicos usan muestras de rocas como evidencia para reconstruir cómo ha cambiado el clima durante el largo período de tiempo geológico.

“Usamos depósitos minerales para estimar la temperatura de los océanos antiguos”, dijo Gregory, geólogo de la Universidad de Toronto y uno de los líderes del estudio. Pero hay relativamente pocos ejemplos útiles en el registro geológico.

“Depósitos de sal del agua de mar atrapada [halite] son relativamente raros en el registro de rocas, por lo que faltan millones de años en los registros y lo que sabemos actualmente se basa en unas pocas localidades donde se encontró halita”, dijo Gregory. Por el contrario, la pirita se encuentra en todas partes. «El muestreo con esta técnica podría abrir millones de años del registro geológico y conducir a una nueva comprensión del clima cambiante».

Sorpresa de agua de mar

El equipo de investigación estaba tratando de comprender otro problema ambiental, la lixiviación de arsénico tóxico de las rocas, cuando notaron los pequeños defectos. Los científicos describen la apariencia de estos minerales de pirita en particular como framboides, derivados de la palabra francesa para frambuesa, porque se ven como grupos de segmentos de frambuesa bajo el microscopio.

“Primero observamos estas muestras a través del microscopio electrónico y vimos este tipo de miniburbujas o minicaracterísticas dentro del framboide y nos preguntamos qué eran”, dijo Taylor.

Usando las técnicas de detección precisas y sensibles de la tomografía de sonda atómica y la espectrometría de masas, que pueden detectar cantidades minúsculas de elementos o impurezas en los minerales, el equipo descubrió que las burbujas contenían agua y que su química salina coincidía con la de los mares antiguos.

Del mar antiguo al almacenamiento de energía moderno

Estos tipos de estudios también tienen el potencial de proporcionar información interesante sobre cómo almacenar de forma segura hidrógeno u otros gases bajo tierra.

“Se está explorando el hidrógeno como una fuente de combustible baja en carbono para diversas aplicaciones energéticas. Esto requiere poder recuperar y almacenar de forma segura grandes cantidades de hidrógeno en depósitos geológicos subterráneos. Por eso es importante entender cómo interactúa el hidrógeno con las rocas”, dijo Taylor. “La tomografía con sonda atómica es una de las pocas técnicas en las que no solo se pueden medir los átomos de hidrógeno, sino que también se puede ver dónde va en el mineral. Este estudio sugiere que pequeños defectos en los minerales podrían ser trampas potenciales para el hidrógeno. Entonces, al usar esta técnica, podríamos descubrir qué está sucediendo a nivel atómico, lo que luego ayudaría a evaluar y optimizar las estrategias para el almacenamiento de hidrógeno en el subsuelo”.

Esta investigación se llevó a cabo en EMSL, el Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en PNNL. Lyons y Gregory solicitaron el uso de la instalación a través de un proceso de solicitud competitivo. La investigación también fue apoyada por una subvención del Consejo de Investigación de Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá.

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