Bị mắc kẹt trong hàng thiên niên kỷ, tàn dư chất lỏng nhỏ nhất của một vùng biển nội địa cổ đại giờ đã được tiết lộ. Khám phá đáng ngạc nhiên về nước biển bị phong ấn ở khu vực ngày nay là Bắc Mỹ trong 390 triệu năm mở ra một con đường mới để hiểu cách các đại dương thay đổi và thích nghi với biến đổi khí hậu. Phương pháp này cũng có thể hữu ích trong việc tìm hiểu cách hydro có thể được lưu trữ an toàn dưới lòng đất và được vận chuyển để sử dụng làm nguồn nhiên liệu không có carbon.
Sandra Taylor, tác giả đầu tiên của nghiên cứu và là nhà khoa học tại Trung tâm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương thuộc Bộ Năng lượng, cho biết: “Chúng tôi phát hiện ra rằng chúng tôi thực sự có thể khai thác thông tin từ các đặc điểm khoáng sản này có thể giúp cung cấp thông tin cho các nghiên cứu địa chất, chẳng hạn như thành phần hóa học của nước biển từ thời cổ đại”. Phòng thí nghiệm.
>> Có thể bạn quan tâm: Công cụ AI dự đoán khi nào một ngân hàng nên được giải cứu.
Taylor đã làm việc với các đồng nghiệp của PNNL là Daniel Perea, John Cliff và Libor Kovarik để thực hiện các phân tích cùng với các nhà địa hóa học Daniel Gregory của Đại học Toronto và Timothy Lyons của Đại học California, Riverside. Nhóm nghiên cứu đã báo cáo khám phá của họ trên tạp chí Earth and Planetary Science Letters số ra tháng 12 năm 2022.
1. Biển cổ đại; công cụ hiện đại
Nhiều loại khoáng chất và đá quý chứa các túi nhỏ chất lỏng bị giữ lại. Thật vậy, một số loại đá quý được đánh giá cao nhờ các bong bóng chất lỏng bắt sáng bên trong. Điều khác biệt trong nghiên cứu này là các nhà khoa học có thể tiết lộ những gì bên trong các túi nước nhỏ nhất, bằng cách sử dụng kính hiển vi tiên tiến và phân tích hóa học.
Các phát hiện của nghiên cứu đã xác nhận rằng nước bị mắc kẹt bên trong tảng đá phù hợp với thành phần hóa học của biển nước mặn nội địa cổ đại từng chiếm giữ ngoại ô New York, nơi tảng đá hình thành. Trong thời kỳ Trung Devon, vùng biển nội địa này trải dài từ Michigan ngày nay đến Ontario, Canada. Nó chứa một rạn san hô cạnh tranh với Rạn san hô Great Barrier của Úc. Bọ cạp biển có kích thước bằng một chiếc xe bán tải tuần tra vùng nước chứa những sinh vật hiện đã tuyệt chủng như bọ ba thùy và những ví dụ sớm nhất về cua móng ngựa.
Nhưng cuối cùng khí hậu thay đổi, và cùng với sự thay đổi đó, hầu hết các sinh vật và chính biển cả đã biến mất, chỉ để lại những tàn tích hóa thạch nằm trong lớp trầm tích mà cuối cùng trở thành mẫu đá pyrite được sử dụng trong thí nghiệm hiện tại.
>> Tham khảo: Asphaltene biến thành graphene cho vật liệu tổng hợp.
2. Manh mối về khí hậu cổ đại và biến đổi khí hậu
Các nhà khoa học sử dụng các mẫu đá làm bằng chứng để ghép lại xem khí hậu đã thay đổi như thế nào trong một khoảng thời gian dài về mặt địa chất.
“Chúng tôi sử dụng các mỏ khoáng sản để ước tính nhiệt độ của các đại dương cổ đại,” Gregory, nhà địa chất tại Đại học Toronto, đồng thời là một trong những người đứng đầu nghiên cứu cho biết. Nhưng có tương đối ít ví dụ hữu ích trong hồ sơ địa chất.
“Các mỏ muối từ nước biển bị mắc kẹt [halite] tương đối hiếm trong hồ sơ đá, do đó, có hàng triệu năm bị thiếu trong hồ sơ và những gì chúng tôi biết hiện tại dựa trên một số địa phương nơi tìm thấy halite,” Gregory nói. Ngược lại, pyrite được tìm thấy ở khắp mọi nơi. “Việc lấy mẫu bằng kỹ thuật này có thể mở ra hàng triệu năm hồ sơ địa chất và dẫn đến hiểu biết mới về biến đổi khí hậu.”
>> Tham khảo: Nghiên cứu cho thấy trồng cây có thể cứu mạng sống.
3. Những khám phá bất ngờ
Nhóm nghiên cứu đang cố gắng tìm hiểu một vấn đề môi trường khác — thạch tín độc hại rò rỉ từ đá — khi họ nhận thấy những khiếm khuyết nhỏ. Các nhà khoa học mô tả sự xuất hiện của các khoáng chất pyrit đặc biệt này là framboit – bắt nguồn từ từ tiếng Pháp có nghĩa là quả mâm xôi – bởi vì chúng trông giống như các cụm phân đoạn quả mâm xôi dưới kính hiển vi.
Taylor cho biết: “Trước tiên, chúng tôi đã xem xét các mẫu này qua kính hiển vi điện tử và chúng tôi thấy những loại bong bóng nhỏ này hoặc các đặc điểm nhỏ bên trong khung và tự hỏi chúng là gì.
Sử dụng các kỹ thuật phát hiện chính xác và nhạy cảm của chụp cắt lớp đầu dò nguyên tử và phép đo khối phổ – có thể phát hiện một lượng cực nhỏ các nguyên tố hoặc tạp chất trong khoáng chất – nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các bong bóng thực sự chứa nước và hóa học muối của chúng phù hợp với các biển cổ đại.
>> Tham khảo: E.coli có thể tồn tại trong môi trường đường ruột khắc nghiệt đủ lâu để điều trị bệnh.
4. Từ biển cổ đại đến lưu trữ năng lượng hiện đại
Những loại nghiên cứu này cũng có khả năng cung cấp những hiểu biết thú vị về cách lưu trữ hydro hoặc các loại khí khác một cách an toàn dưới lòng đất.
“Hydro đang được khám phá như một nguồn nhiên liệu ít carbon cho các ứng dụng năng lượng khác nhau. Điều này đòi hỏi khả năng thu hồi và lưu trữ một lượng lớn hydro một cách an toàn trong các hồ chứa địa chất dưới lòng đất. Vì vậy, điều quan trọng là phải hiểu cách hydro tương tác với đá,” Taylor nói. . “Chụp cắt lớp đầu dò nguyên tử là một trong số ít kỹ thuật mà bạn không chỉ có thể đo các nguyên tử hydro mà còn có thể thực sự nhìn thấy nó đi đâu trong khoáng chất. Nghiên cứu này gợi ý rằng những khiếm khuyết nhỏ trong khoáng chất có thể là cái bẫy tiềm năng cho hydro. Vì vậy, bằng cách sử dụng kỹ thuật này chúng tôi có thể tìm ra những gì đang diễn ra ở cấp độ nguyên tử, sau đó sẽ giúp đánh giá và tối ưu hóa các chiến lược lưu trữ hydro ở dưới bề mặt.”
Nghiên cứu này được thực hiện tại EMSL, Phòng thí nghiệm Khoa học Phân tử Môi trường, cơ sở người dùng của Văn phòng Khoa học DOE tại PNNL. Lyons và Gregory đăng ký sử dụng cơ sở thông qua quy trình đăng ký cạnh tranh. Nghiên cứu cũng được hỗ trợ bởi một khoản trợ cấp từ Hội đồng nghiên cứu khoa học tự nhiên và kỹ thuật của Canada.
