Brinicles och livets ursprung

En av de mer märkliga processerna som sker under den antarktiska havsisen på vintern är bildandet av brinicles. Dessa är ihåliga rör av is som sticker ut från ispacken ner i havet nedanför, som istappar.

Emellertid bildas briniklar på ett helt annat sätt än istappar men är dåligt förstådda, delvis på grund av svårigheten att observera dem. Faktum är att de bara filmades när de bildades på plats för första gången BBC-dokumentär Frozen Planet som sändes 2011 .

Idag hoppas Julyan Cartwright vid universitetet i Granada i Spanien och några kompisar kunna ändra på det genom att undersöka bildningen, kemin och strukturen hos brinicles mer i detalj. De säger att strukturerna är en speciell form av kemiskt system känt som en kemisk trädgård som är avgörande för samspelet mellan högkoncentrerad saltlake, vatten nära sin fryspunkt och bildandet av is.

Men mer intressant är att de säger att brinicles kan ha spelat en viktig roll i uppkomsten av liv på jorden och att liknande strukturer på andra håll i solsystemet kan vara lika viktiga.

Konventionella kemiska trädgårdar är rörformiga strukturer som bildas när metallsaltkristaller nedsänks i vissa lösningar.

De förekommer i ett antal naturliga situationer som i vissa geologiska formationer och runt hydrotermiska ventiler.

Vanligtvis växer de rörformiga strukturerna uppåt. Men i brinicles växer tuberna nedåt, så vad ger?

Effekten uppstår i isen under havsytan eftersom saltlake har en lägre fryspunkt än vatten. När fångat havsvatten fryser, utesluter det salt som ökar salthalten i saltlaken i närheten och sänker dess fryspunkt ytterligare.

Om isen spricker kan den fångade saltlaken läcka ut i havet nedanför och rinna nedåt, eftersom den är tätare än vatten.

Dessutom förvandlar saltlaken allt havsvatten det möter till is eftersom det är så kallt. Det är så den rörformiga strukturen bildas och fortsätter att växa så länge som saltlösningen flödar.

Denna process väcker intressanta frågor för fysiker. Till exempel har den process genom vilken is stöter bort salt för att öka salthalten i saltlösning intressanta likheter med osmosprocessen i omvänd riktning.

Det är viktigt eftersom omvänd osmos är nyckelprocessen i arbetet i avsaltningsanläggningarna som förvandlar havsvatten till dricksvatten.

Det är bara möjligt att en bättre förståelse för hur brinicles utför samma process för att producera ren is kan leda till bättre sätt att göra detta.

Men Cartwright och co:s mest intressanta observation är att brinicles också skapar kemiska gradienter, elektriska potentialer och membran - alla villkor som är nödvändiga för bildandet av liv.

Exakt samma förhållanden uppstår vid hydrotermiska ventiler som har varit i fokus för många biologer som vill bättre förstå hur liv kan ha bildats.

Poängen som Cartwright och co-maker är att brinicles kan vara lika intressanta. Eftersom brinicles spelar en viktig roll i dynamiken för transport av saltlake genom havsis, kan de också spela en roll i detta scenario med ett kallt ursprung av liv, precis som hydrotermiska ventiler gör i teorierna om heta miljöer, säger de.

Dessutom kan brinicles vara allestädes närvarande på havsbärande planeter och månar som Europa, där de kan spela lika intressanta roller.

Helt klart ett fascinerande område där ytterligare arbete kan vara mycket fruktbart.

Ref: arxiv.org/abs/1304.1774 : Brinicles som ett fall av omvända kemiska trädgårdar

Dölj