2168
Короткий цикл замерзання може надовго змінити поведінку одного з найреактивніших мінералів заліза в ґрунтах, льодовиках і вічній мерзлоті. Експерименти Університету Умео показали, що вже одне заморожування феригідриту при мінус 20 градусах збільшує його частинки приблизно у 30 разів і змінює те, на який мінерал він перетворюватиметься навіть через багато місяців після танення.
Феригідрит — погано впорядкований оксид заліза з частинками розміром лише кілька нанометрів. Завдяки величезній площі поверхні він активно зв’язує поживні речовини, забруднювачі та органічний вуглець. Саме тому його доля впливає не лише на геологію, а й на екосистеми холодних регіонів.
У природі цей мінерал часто опиняється в льоду. Довго можна було уявляти лід як звичайний контейнер, який тимчасово зупиняє реакції. Нова робота показує протилежне: під час формування кристалів води розчинені речовини й мінеральні частинки виштовхуються в мікроскопічні кишені рідини між кристалами.
У цих кишенях феригідрит концентрується. Рух незамерзлої води до фронту кристалізації додатково стискає частинки, прибирає оболонки води та гідроксильних груп із їхньої поверхні й змушує їх утворювати набагато міцніші агрегати.
Після одного заморожування при −20°C середній розмір частинок збільшився приблизно у 30 разів. Замість наночастинок утворювалися мікрометрові пластівці, форма яких повторювала межі між кристалами льоду. Це були не просто слабкі грудочки: ультразвук і навіть тривале перебування в кислоті не змогли легко роз’єднати їх.
Подальший експеримент тривав рік. Свіжий феригідрит, який ніколи не заморожували, поступово перетворився на гетит — жовто-коричневий оксид заліза, типовий для прохолодних вологих ґрунтів. Зразок після лише одного циклу заморожування поводився інакше: гетит практично не формувався.
У прискорених умовах старіння заморожений матеріал натомість переходив у гематит — червоний оксид заліза, який частіше асоціюють із теплішими й сухішими середовищами. Тобто кілька хвилин фізичного перебування в льоду змінили подальшу хімічну траєкторію мінералу на дуже довгий час.
Це має значення в умовах зміни клімату, коли цикли замерзання й танення стають частішими або зміщуються в нові регіони. Від форми заліза залежить, скільки поживних речовин потрапить у річки й океани, скільки органічного вуглецю залишиться зв’язаним у ґрунті та як поводитимуться деякі забруднювачі.
