Обсерватория глубокого углерода
Исследовательская программа по изучению роли углерода глубоко под поверхностью Земли
Обсерватория глубокого углерода
АббревиатураОфицер допинг-контроля
Формирование2009
ЦельТрансформация наших представлений об углероде в недрах Земли
Членство
957 ученых из 47 стран (по состоянию на январь 2017 г.) [1]
Веб-сайт"deepcarbon.science".

Deep Carbon Observatory ( DCO ) — это глобальная исследовательская программа, призванная трансформировать понимание роли углерода в Земле. DCO — это сообщество ученых, включая биологов, физиков, геологов и химиков, чья работа пересекает несколько традиционных дисциплинарных линий для разработки новой, интеграционной области науки о глубоком углероде. Чтобы дополнить это исследование, инфраструктура DCO включает в себя общественное участие и образование, онлайн и офлайн поддержку сообщества, инновационное управление данными и разработку новых приборов. [2]

В декабре 2018 года исследователи объявили, что значительное количество форм жизни , включая 70% бактерий и архей на Земле , содержащих до 23 миллиардов тонн углерода , обитает на глубине не менее 4,8 км (3,0 мили) под землей, в том числе на глубине 2,5 км (1,6 мили) под морским дном, согласно десятилетнему проекту Deep Carbon Observatory. [3] [4] [5]

История

В 2007 году Роберт Хазен , старший научный сотрудник Геофизической лаборатории Института Карнеги (Вашингтон, округ Колумбия), выступил в Century Club в Нью-Йорке с докладом о происхождении жизни на Земле и о том, как геофизические реакции могли сыграть решающую роль в развитии жизни на Земле. Джесси Аусюбел , преподаватель Рокфеллеровского университета и программный директор Фонда Альфреда П. Слоуна , присутствовал на мероприятии и позже разыскал книгу Хазена « Генезис: Научный поиск происхождения жизни» .

После двух лет планирования и сотрудничества Хазен и его коллеги официально запустили Deep Carbon Observatory (DCO) в августе 2009 года, с секретариатом, базирующимся в Геофизической лаборатории Института Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия. Хазен и Аузубел, вместе с вкладом более 100 ученых, приглашенных для участия в семинаре Deep Carbon Cycle в 2008 году, расширили свою первоначальную идею. Больше не сосредотачиваясь исключительно на происхождении жизни на Земле, группа вместо этого прояснила свою позицию для дальнейшего человеческого понимания Земли, углерода, этого важнейшего элемента, который должен был занять центральное место. [2]

Глубокий углеродный цикл

Исследования Deep Carbon Observatory рассматривают глобальный цикл углерода за пределами поверхности Земли. Они изучают органический синтез при высоком давлении и экстремальных температурах, сложные взаимодействия между органическими молекулами и минералами, проводят полевые наблюдения за глубинными микробными экосистемами и аномалиями в нефтяной геохимии, а также строят теоретические модели источников и стоков углерода в нижней коре и верхней мантии .

Научно-исследовательские программы

Обсерватория глубокого углерода структурно организована вокруг четырех научных сообществ, занимающихся темами резервуаров и потоков, глубинной жизни, глубинной энергии, а также экстремальной физики и химии.

Резервуары и потоки

Сообщество по резервуарам и потокам изучает хранение и транспортировку углерода в глубоких недрах Земли. Субдукция тектонических плит и вулканическое газовыделение являются основными транспортерами потоков углерода в глубины Земли и из них, но процессы и скорости этих потоков, а также их изменение на протяжении истории Земли остаются плохо изученными. Кроме того, исследования DCO примитивных хондритовых метеоритов показывают, что Земля относительно обеднена высоколетучими элементами по сравнению с хондритами, хотя исследования DCO продолжают изучать, могут ли большие резервуары углерода скрываться в мантии и ядре. Члены сообщества по резервуарам и потокам проводят исследования в рамках проекта по дегазации углерода из глубин Земли, чтобы добиться ощутимых успехов в количественной оценке количества углерода, выделяемого из глубоких недр Земли (ядро, мантия, кора) в поверхностную среду (например, биосферу, гидросферу, криосферу, атмосферу) посредством естественных процессов.

Глубокая жизнь

Сообщество Deep Life документирует экстремальные пределы и глобальные масштабы подземной жизни на нашей планете, исследуя эволюционное и функциональное разнообразие глубинной биосферы Земли и ее взаимодействие с углеродным циклом. Сообщество Deep Life картирует обилие и разнообразие подземных морских и континентальных микроорганизмов во времени и пространстве как функцию их геномных и биогеохимических свойств, а также их взаимодействие с глубинным углеродом.

Объединяя in situ и in vitro оценки биомолекул и клеток, Deep Life Community исследует экологические ограничения для выживания, метаболизма и воспроизводства глубинной жизни. Полученные данные используются в экспериментах и ​​моделях, которые изучают влияние глубинной жизни на углеродный цикл и связь глубинной биосферы с поверхностным миром. [6] Члены Deep Life Community проводят исследования в рамках Census of Deep Life, целью которого является определение разнообразия и распределения микробной жизни в континентальных и морских глубоких подземных средах и изучение механизмов, которые управляют эволюцией и распространением микробов в глубокой биосфере. [7]

В декабре 2018 года исследователи объявили, что значительное количество форм жизни , включая 70% бактерий и архей на Земле , содержащих до 23 миллиардов тонн углерода , обитает на глубине не менее 4,8 км (3,0 мили) под землей, в том числе на глубине 2,5 км (1,6 мили) под морским дном, согласно десятилетнему проекту Deep Carbon Observatory. [3] [4] [5]

Глубокая энергия

Сообщество Deep Energy занимается количественной оценкой условий окружающей среды и процессов от молекулярного до глобального масштаба, которые контролируют происхождение, формы, количество и движение восстановленных углеродных соединений, полученных из глубинного углерода в течение глубокого геологического времени. Сообщество Deep Energy использует полевые исследования приблизительно 25 глобально репрезентативных наземных и морских сред для определения процессов, контролирующих происхождение, форму, количество и движение абиотических газов и органических видов в земной коре и верхней мантии. Deep Energy также использует спонсируемое DCO оборудование, особенно революционные измерения изотопологов, для различения абиотического и биотического метанового газа и органических видов, отобранных из глобальных наземных и морских полевых участков. Еще одной исследовательской деятельностью Deep Energy является количественная оценка механизмов и скоростей взаимодействия флюида с горной породой, которые производят абиотический водород и органические соединения в зависимости от температуры, давления, состава жидкости и твердого вещества. [8]

Экстремальная физика и химия

В результате серии семинаров DCO инициировал дополнительное научное сообщество для изучения физики и химии углерода в экстремальных условиях. Главной целью сообщества экстремальной физики и химии является улучшение понимания физического и химического поведения углерода в экстремальных условиях, обнаруженного в глубоких недрах Земли и других планет. Исследования экстремальной физики и химии изучают термодинамику углеродсодержащих систем, химическую кинетику химических глубоких углеродных процессов, биологию и биофизику высокого давления , физические свойства водных жидкостей , теоретическое моделирование углерода и его соединений при высоких давлениях и температурах, а также взаимодействия твердого тела и жидкости в экстремальных условиях. Сообщество экстремальной физики и химии также стремится выявить возможные новые углеродсодержащие материалы в недрах Земли и планет, охарактеризовать свойства этих материалов и определить реакции в условиях, соответствующих недрам Земли и планет. [9]

Интеграция открытий

Поскольку DCO приближается к своему завершению в 2020 году, он интегрирует открытия, сделанные его исследовательскими сообществами, в комплексную модель углерода на Земле, а также в другие модели и продукты, предназначенные как для научного сообщества, так и для широкой общественности. [10]

Основные моменты исследования

Основные результаты исследований на сегодняшний день включают:

  • Сверхглубокие алмазы , залегающие на глубине более 670 км в мантии, содержат геохимические следы органического материала с поверхности Земли, подчеркивая роль субдукции в круговороте углерода [11]
  • в ядре Земли может находиться значительное количество карбида железа , на долю которого приходится, возможно, две трети углеродного бюджета Земли [12]
  • Масс-спектрометрия следующего поколения позволила точно определить изотопологи метана для выявления абиогенных источников метана из земной коры и мантии [13]
  • геосфера и биосфера демонстрируют сложную взаимосвязанную эволюцию; разнообразие и экология углеродсодержащих минералов на Земле тесно связаны с крупными событиями в истории Земли, такими как Великое окислительное событие [14]
  • известные пределы микробной жизни были расширены с точки зрения давления и температуры; теперь известно, что сложные микробы процветают на глубине до 2,5 км в океанической коре [15]
  • вулканический поток CO 2 в атмосферу вдвое больше, чем считалось ранее (хотя этот поток остается на два порядка ниже антропогенных потоков CO 2 ) [16]
  • открытие карманов древних соленых жидкостей в континентальной коре, изолированных на протяжении > 2,6 млрд лет, богатых H 2 , CH 4 и 4 He, что свидетельствует о существовании ранних сред земной коры, возможно, способных вмещать жизнь [17]
  • Глубинная биосфера является одной из крупнейших экосистем на Земле, охватывая от 15 000 до 23 000 мегатонн (миллионов метрических тонн) углерода (примерно в 250–400 раз больше, чем масса углерода всех людей на поверхности Земли). [18]

Углерод в Земле

Carbon in Earth — 75-й том Reviews in Mineralogy and Geochemistry ( RiMG ). Он был выпущен в открытом доступе 11 марта 2013 года. Каждая глава Carbon in Earth синтезирует то, что известно о глубинном углероде, а также излагает оставшиеся без ответа вопросы, которые будут направлять будущие исследования DCO. [19] Deep Carbon Observatory поощряет публикации в открытом доступе и стремится стать лидером в науках о Земле в этом отношении. Финансирование DCO может быть использовано для покрытия расходов на публикации в открытом доступе. [20]

Наука о данных Deep Carbon Observatory

Недавние достижения в методах генерации данных приводят к все более сложным данным. В то же время, научные и инженерные дисциплины быстро становятся все более и более ориентированными на данные с конечной целью лучшего понимания и моделирования динамики сложных систем. Однако сложные данные требуют интеграции информации и знаний в различных масштабах и охватывают традиционные дисциплинарные границы. Значительные достижения в методах, инструментах и ​​приложениях для науки о данных и информатики за последние пять лет теперь могут быть применены к много- и междисциплинарным проблемным областям. Учитывая эти проблемы, очевидно, что каждое исследовательское сообщество DCO сталкивается с различными потребностями в науке о данных и управлении данными для выполнения как своих всеобъемлющих целей, так и своих повседневных задач. Группа по науке о данных Deep Carbon Observatory занимается потребностями в науке о данных и управлении данными для каждой программы DCO и для DCO в целом, используя комбинацию методов информатики, разработки вариантов использования, анализа требований, инвентаризации и интервью. [21]

Ученые

Список некоторых ученых, участвующих в работе Deep Carbon Observatory:

СМИ

11 апреля 2020 года в рамках научного шоу Австралийской вещательной корпорации был показан 37-минутный документальный радиофильм о DCO. [22]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "People Browser". Портал данных Deep Carbon Observatory . Архивировано из оригинала 15 января 2019 года . Получено 31 января 2017 года .
  2. ^ ab "О DCO". Deep Carbon Observatory. 1 декабря 2013 г. Получено 2 августа 2017 г.
  3. ^ ab Deep Carbon Observatory (10 декабря 2018 г.). «Жизнь в глубинах Земли содержит от 15 до 23 миллиардов тонн углерода — в сотни раз больше, чем люди». EurekAlert! . Получено 11 декабря 2018 г. .
  4. ^ ab Dockrill, Peter (11 декабря 2018 г.). «Ученые обнаружили огромную биосферу жизни, скрытую под поверхностью Земли». Science Alert . Получено 11 декабря 2018 г.
  5. ^ ab Gabbatiss, Josh (11 декабря 2018 г.). «Массовое исследование «глубокой жизни» выявило миллиарды тонн микробов, живущих глубоко под поверхностью Земли». The Independent . Получено 11 декабря 2018 г.
  6. ^ "DCO Deep Energy Community". Deep Carbon Observatory. 22 июня 2015 г. Архивировано из оригинала 15 января 2019 г. Получено 13 августа 2015 г.
  7. ^ "Census of Deep Life" . Получено 28 сентября 2016 г. .[ постоянная мертвая ссылка ]
  8. ^ "DCO Deep Life Community". Deep Carbon Observatory. 22 июня 2015 г. Архивировано из оригинала 14 марта 2016 г. Получено 13 августа 2015 г.
  9. ^ "DCO Extreme Physics and Chemistry". Deep Carbon Observatory. 22 июня 2015 г. Архивировано из оригинала 15 января 2019 г. Получено 13 августа 2015 г.
  10. ^ «Синтезируем наше понимание глубинного углерода Земли». Eos . 21 февраля 2017 г. Получено 28 февраля 2017 г.
  11. ^ Sverjensky, DA; Stagno, V.; Huang, F. (2014). «Важная роль органического углерода в флюидах зоны субдукции в глубоком углеродном цикле». Nature Geoscience . 7 (12). Nature: 909–913. Bibcode :2014NatGe...7..909S. doi :10.1038/ngeo2291. S2CID  129027566.
  12. ^ Чен, Б.; Ли, З. (2014). «Скрытый углерод во внутреннем ядре Земли, выявленный путем смягчения сдвига в плотном Fe7C3». Труды Национальной академии наук . 111 (501). PNAS: 17755–17758. Bibcode : 2014PNAS..11117755C. doi : 10.1073 /pnas.1411154111 . PMC 4273394. PMID  25453077. 
  13. ^ Young, ED; Rumble, D. (2016). "Многоколлекторный масс-спектрометр с большим радиусом и высоким разрешением по массе для анализа редких изотопологов O2, N2, CH4 и других газов". International Journal of Mass Spectrometry . 401 . Elsevier: 1–10. Bibcode :2016IJMSp.401....1Y. doi : 10.1016/j.ijms.2016.01.006 .
  14. ^ Hazen, RM; Downs, R. (2013). «Эволюция углеродных минералов». Обзоры по минералогии и геохимии . 75 (1). Минералогическое общество Америки: 79–107. Bibcode : 2013RvMG...75...79H. doi : 10.2138/rmg.2013.75.4. S2CID  11231102.
  15. ^ Инагаки, Ф.; Хинрихс, К.-У. (2015). «Изучение глубокой микробной жизни в угленосных отложениях на глубине до ~2,5 км под дном океана». Science . 349 (6246). AAAS: 420–424. Bibcode :2015Sci...349..420I. doi : 10.1126/science.aaa6882 . hdl : 2164/5437 . PMID  26206933.
  16. ^ Бертон, MR; Сойер, GM (2013). «Глубокие выбросы углерода вулканами». Обзоры по минералогии и геохимии . 75 (1). Минералогическое общество Америки: 323–354. Bibcode : 2013RvMG...75..323B. doi : 10.2138/rmg.2013.75.11. S2CID  40837288.
  17. ^ Холланд, Г.; Лоллар, Б.С. (2013). «Глубокие трещинные флюиды, изолированные в коре с докембрийской эпохи». Nature . 497 (7449): 357–360. Bibcode :2013Natur.497..357H. doi :10.1038/nature12127. PMID  23676753. S2CID  4392753.
  18. ^ Эндрюс, Робин. «В земной коре скрывается колоссальный рог изобилия экзотической жизни». Forbes .
  19. ^ "Углерод в Земле". Обзоры по минералогии и геохимии. 27 февраля 2013 г. Публикация в открытом доступе
  20. ^ "DCO Open Access and Data Policies". Deep Carbon Observatory. 22 января 2014 г. Архивировано из оригинала 28 марта 2014 г.
  21. ^ "Deep Carbon Observatory Data Science". Политехнический институт Ренсселера. 8 августа 2012 г.
  22. ^ Углеродный цикл показывает степень нашего воздействия на атмосферу и новую жизнь. Углерод, выделяемый при добыче и сжигании ископаемого топлива, в сто раз превышает тот, который выделяется в результате вулканической активности., Карл Смит, Science Show , 11.04.2020
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Deep_Carbon_Observatory&oldid=1198339766"