Οι φθορίζουσες σπηλιές και η ζωή σε εξωγήινα περιβάλλοντα

Πολλές μετρήσεις φθορισμού ενός ασβεστίτη στο Wind Cave λήφθηκαν χρησιμοποιώντας φορητά φασματόμετρα. Από Joshua Sebree.

Βαθιά κάτω από την επιφάνεια της Γης, σχηματισμοί βράχων και ορυκτών βρίσκονταν κρυμμένοι με μια μυστική λάμψη. Κάτω από ένα μαύρο φως, οι χημικές ουσίες που απολιθώνονται μέσα λάμπουν σε λαμπερές αποχρώσεις του ροζ, του μπλε και του πράσινου. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν αυτά τα χαρακτηριστικά φθορισμού για να κατανοήσουν πώς σχηματίστηκαν οι σπηλιές και πώς υποστηρίζεται η ζωή σε ακραία περιβάλλοντα, κάτι που μπορεί να αποκαλύψει πώς θα μπορούσε να επιμείνει η ζωή σε μακρινά μέρη, όπως το παγωμένο φεγγάρι του Δία, Ευρώπη.

Οι ερευνητές θα παρουσιάσουν τα αποτελέσματά τους στην εαρινή συνάντηση της Αμερικανικής Χημικής Εταιρείας (ACS). Το ACS Άνοιξη 2025 πραγματοποιήθηκε μεταξύ 23-27 Μαρτίου, και περιλαμβάνει περίπου 12.000 παρουσιάσεις για μια σειρά από επιστημονικά θέματα.

Όπως αποδεικνύεται, η χημεία στο Wind Cave της Νότιας Ντακότα είναι πιθανώς παρόμοια με μέρη όπως η Ευρώπη - και είναι πιο εύκολη. Αυτός είναι ο λόγος που ο αστροβιολόγος Joshua Sebree, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Αϊόβα, κατέληξε εκατοντάδες πόδια κάτω από τη γη ερευνώντας τα ορυκτά και τις μορφές ζωής σε αυτές τις σκοτεινές, ψυχρές συνθήκες.

«Ο σκοπός αυτού του έργου στο σύνολό του είναι να προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε καλύτερα τη χημεία που συμβαίνει υπόγεια και πώς μπορεί να υποστηριχθεί η ζωή», εξηγεί.

Καθώς ο Sebree και οι μαθητές του άρχισαν να βγαίνουν σε νέες περιοχές του Wind Cave και άλλων σπηλαίων στις ΗΠΑ, χαρτογράφησαν τους βραχώδεις σχηματισμούς, τα περάσματα, τα ρέματα και τους οργανισμούς που βρήκαν. Καθώς εξερεύνησαν, έφεραν μαζί ειδικά φώτα, για να δουν τα ορυκτά στους βράχους.

Ένα τμήμα του σπηλαίου του ανέμου της Νότιας Ντακότα που φαίνεται κάτω από κανονικό λευκό φως (αριστερή εικόνα) μεταμορφώνεται σε κάτι απόκοσμο όταν τοποθετηθεί κάτω από το υπεριώδες φως (δεξιά εικόνα). Joshua Sebree.

Κάτω από το μαύρο φως, ορισμένες περιοχές των σπηλαίων έμοιαζαν να μεταμορφώνονται σε κάτι απόκοσμο καθώς τμήματα των γύρω βράχων έλαμπαν σε διαφορετικές αποχρώσεις. Χάρη στις ακαθαρσίες που είχαν τοποθετηθεί στη Γη πριν από εκατομμύρια χρόνια - χημικά απολιθώματα, σχεδόν - οι αποχρώσεις αντιστοιχούσαν σε διαφορετικές συγκεντρώσεις και τύπους οργανικών ή ανόργανων ενώσεων. Αυτές οι λαμπερές πέτρες συχνά έδειχναν πού το νερό κάποτε μετέφερε ορυκτά από την επιφάνεια.

«Οι τοίχοι έμοιαζαν εντελώς άδειοι και χωρίς οτιδήποτε ενδιαφέρον», λέει ο Sebree. «Αλλά μετά, όταν ανάψαμε τα μαύρα φώτα, αυτό που ήταν απλώς ένας απλός καφέ τοίχος μετατράπηκε σε ένα φωτεινό στρώμα φθορίζοντος ορυκτού που έδειχνε πού βρισκόταν μια λίμνη νερού πριν από 10.000 ή 20.000 χρόνια».

Συνήθως, για να κατανοηθεί η χημική σύνθεση ενός χαρακτηριστικού σπηλαίου, αφαιρείται ένα δείγμα βράχου και μεταφέρεται πίσω στο εργαστήριο. Αλλά ο Sebree και η ομάδα του συλλέγουν τα φάσματα φθορισμού - που είναι σαν ένα δακτυλικό αποτύπωμα της χημικής σύνθεσης - διαφορετικών επιφανειών χρησιμοποιώντας ένα φορητό φασματόμετρο ενώ βρίσκονταν στις αποστολές τους. Με αυτόν τον τρόπο, μπορούν να πάρουν τις πληροφορίες μαζί τους αλλά να αφήσουν το σπήλαιο πίσω και ανέπαφο.

Παρακολουθήστε ένα βίντεο σχετικά με αυτήν την έρευνα.

Η Anna Van Der Weide, μια προπτυχιακή φοιτήτρια στο πανεπιστήμιο, συνόδευσε τον Sebree σε μερικές από αυτές τις εξερευνήσεις. Χρησιμοποιώντας τις πληροφορίες που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια αυτής της επιτόπιας εργασίας, δημιουργεί ένα δημοσίως προσβάσιμο κατάλογο δακτυλικών αποτυπωμάτων φθορισμού για να βοηθήσει στην παροχή ενός επιπλέον στρώματος πληροφοριών στον παραδοσιακό χάρτη των σπηλαίων και να δώσει μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα της ιστορίας και του σχηματισμού του.

Επιπλέον προπτυχιακοί φοιτητές συνέβαλαν στη μελέτη. Η Jacqueline Heggen εξερευνά περαιτέρω αυτές τις σπηλιές ως προσομοιωμένο περιβάλλον για αστροβιολογικά ακραιόφιλα. Ο Jordan Holloway αναπτύσσει ένα αυτόνομο φασματόμετρο για να κάνει τη μέτρηση ευκολότερη και ακόμη δυνατή για μελλοντικές εξωγήινες αποστολές και η Celia Langemo μελετά βιομετρικά στοιχεία για να κρατήσει ασφαλείς τους εξερευνητές ακραίων περιβαλλόντων. Αυτοί οι τρεις μαθητές παρουσιάζουν επίσης τα ευρήματά τους στο ACS Spring 2025.

Μία από τις μαθήτριες του Sebree, η Jacqueline Heggen, επιδεικνύει λαμπερούς σχηματισμούς μέσα στο Wind Cave. Από Joshua Sebree.

Το να κάνεις επιστήμη σε μια σπηλιά δεν είναι χωρίς προκλήσεις. Για παράδειγμα, στη θερμοκρασία 48 βαθμών Φαρενάιτ (9 βαθμοί Κελσίου) στο Mystery Cave της Μινεσότα, η ομάδα έπρεπε να θάψει τις μπαταρίες του φασματόμετρου σε θερμαντήρες χειρός για να μην πεθάνουν. Άλλες φορές, για να φτάσουν σε μια περιοχή ενδιαφέροντος, οι επιστήμονες αντιμετώπισαν πολλές δυσκολίες.

Όμως, παρά αυτά τα εμπόδια, οι σπηλιές έχουν ήδη αποκαλύψει πληθώρα πληροφοριών. Στο Wind Cave, η ομάδα ανακάλυψε ότι τα νερά πλούσια σε μαγγάνιο είχαν σκαλίσει το σπήλαιο και παρήγαγαν τους ριγέ ασβεστίτες ζέβρας μέσα, οι οποίοι έλαμπαν ροζ κάτω από το μαύρο φως. Οι ασβεστίτες αναπτύχθηκαν υπόγεια, τροφοδοτούμενοι από το πλούσιο σε μαγγάνιο νερό. 

Ο Sebree πιστεύει ότι όταν αυτά τα πετρώματα έσπασαν, καθώς ο ασβεστίτης είναι πιο αδύναμος από τον ασβεστόλιθο που περιλαμβάνει επίσης το σπήλαιο, ο ασβεστίτης λειτούργησε για να επεκτείνει και το σπήλαιο. «Είναι ένας πολύ διαφορετικός μηχανισμός σχηματισμού σπηλαίων από ό,τι είχε προηγουμένως εξεταστεί στο παρελθόν», λέει.

Και οι μοναδικές συνθήκες έρευνας έχουν προσφέρει μια αξέχαστη εμπειρία στην Van Der Weide. «Ήταν πραγματικά υπέροχο να δεις πώς μπορείς να εφαρμόσεις την επιστήμη στο πεδίο και να μάθεις πώς λειτουργούν αυτά τα περιβάλλοντα», καταλήγει.

Στο μέλλον, ο Sebree ελπίζει να επιβεβαιώσει περαιτέρω την ακρίβεια της τεχνικής φθορισμού συγκρίνοντάς την με παραδοσιακές, καταστροφικές τεχνικές. Θέλει επίσης να διερευνήσει το νερό του σπηλαίου που επίσης φθορίζει για να καταλάβει πώς η ζωή στην επιφάνεια της Γης έχει επηρεάσει τη ζωή βαθιά κάτω από τη γη και, επανασυνδέοντας τις αστροβιολογικές του ρίζες, να κατανοήσει πόσο παρόμοιο, πλούσιο σε μεταλλικό νερό μπορεί να υποστηρίξει τη ζωή στα απώτατα όρια του ηλιακού μας συστήματος.

Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από τη NASA και το Iowa Space Grant Consortium.

Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα astrobiology

https://astrobiology.com/2025/03/fluorescent-caves-could-explain-how-life-persists-in-extraterrestrial-environments.html