От ландшафта до атомного масштаба: исследователи применили новый подход к изучению окисления пирита

Новый многоуровневый подход к изучению окисления пирита в глубинных породах показал, что скорость этого процесса определяется трещиноватостью и эрозией на поверхности. Медленное окисление в недрах предотвращает накопление кислоты и приводит к образованию «окаменелостей» из оксида железа, сохраняющих форму исходных кристаллов пирита.

Пирит («золото дураков») быстро реагирует с кислородом при контакте с водой или воздухом, например, в ходе горных работ, что может приводить к образованию кислотных шахтных вод. Однако об окислении пирита в ненарушенных породах на глубине известно мало. Исследователи из Университета Пенсильвании изучили этот процесс в обсерватории критической зоны Shale Hills CZO. Они использовали геофизические каротажные инструменты в скважинах глубиной более 30 метров, а также сканирующие и просвечивающие электронные микроскопы для анализа образцов. Работа опубликована в журнале Science.

Исследование показало, что скорость эрозии сланца контролирует скорость окисления пирита на глубине. В медленно эродирующих ландшафтах, таких как в Пенсильвании, кислород, растворённый в воде, просачивается в микротрещины и постепенно окисляет пирит, превращая его в оксид железа, при этом сохраняется исходная «малиновидная» форма кристаллов. В отличие от быстрого окисления в шахтах, этот глубинный процесс занимает десятки тысяч лет и не приводит к накоплению серной кислоты.

«То, что сделал Синь, необыкновенно. Он показал, что пирит окисляется на глубине 10 и более метров под поверхностью, образуя кристаллы, которые являются идеальными копиями исходного зерна пирита», — сказала соавтор работы Сьюзан Брантли. Учёные также создали модель для расчёта скорости окисления пирита в разных регионах мира. Это помогает лучше понять условия на Земле до Великого кислородного события 2,4 миллиарда лет назад.