Carbon Observatory Deep ( ИКА ) является глобальной исследовательской программой , предназначенной для преобразования понимания Углеродной в роли в Земле. DCO - это сообщество ученых, в том числе биологов, физиков, геофизиков и химиков, чья работа пересекает несколько традиционных дисциплинарных линий и развивает новую интегративную область науки о глубоком углероде. В дополнение к этому исследованию, инфраструктура DCO включает участие и обучение общественности, онлайн- и офлайн-поддержку сообщества, инновационное управление данными и разработку новых инструментов. [2]
Сокращение | DCO |
---|---|
Формирование | 2009 г. |
Цель | Преобразование нашего понимания углерода в недрах Земли |
Членство | 957 ученых из 47 стран (по состоянию на январь 2017 г.) [1] |
Веб-сайт | "deepcarbon.net" . |
В декабре 2018 года исследователи объявили, что значительное количество форм жизни , в том числе 70% бактерий и архей на Земле , содержащих до 23 миллиардов тонн углерода , живут на глубине не менее 4,8 км (3,0 мили) под землей, в том числе 2,5 км ( 1,6 мили) ниже морского дна, 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 ее развитии. развитие жизни на Земле. Джесси Осубель , преподаватель Университета Рокфеллера и программный директор Фонда Альфреда П. Слоана , присутствовал на мероприятии и позже разыскал книгу Хейзена « Бытие: научные поиски истоков жизни» .
После двух лет планирования и сотрудничества в августе 2009 года Хейзен и его коллеги официально открыли Глубокую углеродную обсерваторию (DCO), секретариат которой находится в Геофизической лаборатории Института Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия. Хазен и Осубель вместе с вкладом более 100 ученых, приглашенных для участия в семинаре по глубокому углеродному циклу в 2008 году, расширили свою первоначальную идею. Группа больше не сосредотачивалась исключительно на происхождении жизни на Земле, вместо этого группа разъяснила свою позицию для дальнейшего человеческого понимания Земли, углерод, этот критический элемент, должен был занять центральное место. [2]
Глубокий углеродный цикл
Исследование Deep Carbon Observatory рассматривает глобальный углеродный цикл за пределами поверхности Земли. Он исследует органический синтез при высоких давлениях и экстремальных температурах, сложные взаимодействия между органическими молекулами и минералами, проводит полевые наблюдения за глубинными микробными экосистемами и аномалиями в геохимии нефти, а также строит теоретические модели источников и стоков углерода нижней коры и верхней мантии .
Исследовательские программы
Обсерватория глубинного углерода состоит из четырех научных сообществ, посвященных темам резервуаров и потоков, глубинной жизни, глубокой энергии и экстремальной физике и химии.
Резервуары и флюсы
Сообщество «Резервуары и потоки» исследует хранение и перенос углерода в глубоких недрах Земли. Субдукция тектонических плит и вулканическая дегазация являются основными транспортными средствами для потоков углерода в глубину Земли и из нее, но процессы и скорости этих потоков, а также их изменение на протяжении всей истории Земли остаются малоизученными. Вдобавок исследования DCO примитивных хондритовых метеоритов показывают, что Земля относительно обеднена легколетучими элементами по сравнению с хондритами, хотя исследования DCO дополнительно исследуют, могут ли большие резервуары углерода быть скрыты в мантии и ядре. Члены сообщества «Резервуары и потоки» проводят исследования в рамках проекта « Глубинная дегазация углерода Земли», чтобы добиться ощутимых успехов в количественной оценке количества углерода, выделяемого из глубоких недр Земли (ядро, мантия, кора) в поверхностную среду (например, биосферу). , гидросфера, криосфера, атмосфера) в результате естественных процессов.
Глубокая жизнь
Сообщество глубинной жизни документирует крайние 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 составляет карту численности и разнообразия подземных морских и континентальных микроорганизмов во времени и пространстве в зависимости от их геномных и биогеохимических свойств и их взаимодействия с глубинным углеродом.
Объединяя in situ и in vitro оценки биомолекул и клеток, Deep Life Community исследует экологические пределы выживания, метаболизма и воспроизводства глубинной жизни. Полученные данные используются для экспериментов и моделей, изучающих влияние глубинной жизни на углеродный цикл и связь глубинной биосферы с миром на поверхности. [6] Члены сообщества Deep Life проводят исследования в рамках Переписи глубинной жизни, целью которой является выявление разнообразия и распределения микробной жизни в континентальных и морских глубинных 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 , в том числе 70% бактерий и архей на Земле , содержащих до 23 миллиардов тонн углерода , живут на глубине не менее 4,8 км (3,0 мили) под землей, в том числе 2,5 км ( 1,6 мили) ниже морского дна, согласно десятилетнему проекту Deep Carbon Observatory. [3] [4] [5]
Глубокая энергия
Сообщество Deep Energy занимается количественной оценкой условий и процессов окружающей среды от молекулярного до глобального масштаба, которые контролируют происхождение, формы, количество и движение восстановленных углеродных соединений, полученных из глубокого углерода в глубокие геологические времена. Сообщество Deep Energy использует полевые исследования примерно 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 части мантии. Deep Energy также использует инструменты, спонсируемые DCO, особенно революционные измерения изотопологов, чтобы различать абиотический и биотический газ метан и органические виды, взятые из глобальных наземных и морских месторождений. Еще одна исследовательская деятельность Deep Energy - количественная оценка механизмов и скоростей взаимодействий флюид-порода, которые производят абиотический водород и органические соединения, в зависимости от температуры, давления, состава жидкости и твердого тела. [8]
Экстремальная физика и химия
В результате серии семинаров DCO инициировал создание дополнительного научного сообщества для изучения физики и химии углерода в экстремальных условиях. Общей целью сообщества экстремальной физики и химии является улучшение понимания физического и химического поведения углерода в экстремальных условиях, обнаруживаемых в глубоких недрах Земли и других планет. Экстремальные физико-химические исследования исследуют термодинамику углеродсодержащих систем, химическую кинетику химических глубинных углеродных процессов, биологию и биофизику высокого давления , физические свойства водных жидкостей , теоретическое моделирование углерода и его соединений при высоких давлениях и температурах, а также твердые тела. взаимодействия жидкостей в экстремальных условиях. Сообщество экстремальной физики и химии также стремится идентифицировать возможные новые углеродсодержащие материалы в Земле и недрах планет, охарактеризовать свойства этих материалов и идентифицировать реакции в условиях, относящихся к Земле и внутренним планетам. [9]
Интегрирующее открытие
Поскольку DCO приближается к завершению в 2020 году, он интегрирует открытия, сделанные его исследовательскими сообществами, в общую модель углерода на Земле, а также 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 , находящиеся на глубине более 670 км в мантии, содержат геохимические признаки органического материала с поверхности Земли, подчеркивая роль субдукции в круговороте углерода [11]
- в ядре Земли может быть значительное количество карбида железа , составляющего примерно две трети углеродного бюджета Земли [12]
- Масс-спектрометрия нового поколения позволила точно определить изотопологи метана для идентификации абиогенных источников метана из коры и мантии [13]
- геосфера и биосфера демонстрируют сложную взаимосвязанную эволюцию; разнообразие и экология углеродсодержащих минералов на Земле точно отражают основные события в истории Земли, такие как Великое событие окисления [14]
- известные пределы микробной жизни были расширены с точки зрения давления и температуры; В настоящее время известно, что сложные микробы процветают на глубинах до 2,5 км в океанической коре [15]
- вулканический поток CO 2 в атмосферу вдвое больше, чем предполагалось ранее (хотя этот поток остается на два порядка ниже антропогенного потока CO 2 ) [16]
- открытие карманов древних соленых флюидов в континентальной коре, изолированных на срок> 2,6 млрд лет, богатых H 2 , CH 4 и 4 He, что свидетельствует о существовании ранней коровой среды, возможно, способной служить убежищем для жизни [17]
- глубокая биосфера является одним из крупнейших экосистем на Земле, охватывая 15 000 до 23 000 мегатонн (миллионов метрических тонн) углерода (примерно от 250 до 400 раз больше , чем масса углерода всех людей на поверхности Земли). [18]
Углерод в Земле
Углерод в Земле - 75 тома обзоров по минералогии и геохимии ( RiMG ). Он был выпущен в виде публикации в открытом доступе 11 марта 2013 года. Каждая глава книги « Углерод на Земле» синтезирует то, что известно о глубоком углероде, а также излагает оставшиеся без ответа вопросы, которые послужат ориентиром для будущих исследований 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 публикацию в открытом доступе. [20]
Наука о данных Deep Carbon Observatory
Последние достижения в методах генерации данных приводят к тому, что данные становятся все более сложными. В то же время научные и инженерные дисциплины быстро становятся все более и более управляемыми данными с конечной целью лучшего понимания и моделирования динамики сложных систем. Однако сложные данные требуют интеграции информации и знаний в разных масштабах и с выходом за 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 многопрофильным и междисциплинарным проблемным областям. Учитывая эти проблемы, очевидно, что каждое исследовательское сообщество DCO сталкивается с разнообразными задачами в области науки о данных и управления данными для выполнения как своих общих целей, так и повседневных задач. Группа специалистов по науке о данных Deep Carbon Observatory занимается обработкой данных и потребностями в управлении данными для каждой программы DCO и для DCO в целом, используя комбинацию методов информатики, разработки сценариев использования, анализа требований, инвентаризации и интервью. [21]
Ученые
Список некоторых ученых, участвующих в обсерватории Deep Carbon:
- Питер Клифт , Университет штата Луизиана
- Фредерик Колвелл , Государственный университет Орегона
- Изабель Даниэль , Университет Клода Бернара Лион 1
- Стивен Д'Хондт , Университет Род-Айленда
- Мари Эдмондс , Кембриджский университет
- Питер Фокс , Политехнический институт Ренсселера
- Марк С. Гиорсо , OFM Research
- Роберт Хазен , Научный институт Карнеги
- Рассел Дж. Хемли , Университет Джорджа Вашингтона
- Кай-Уве Хинрихс , Бременский университет
- Джули Хубер , Морская биологическая лаборатория и Брауновский университет
- Фумио Инагаки , Японское агентство морских земных наук и технологий (JAMSTEC)
- Луиза Х. Келлог , Калифорнийский университет в Дэвисе
- Марк А. Левер , ETH Zurich
- Джи Джеки Ли , Мичиганский университет
- Таллис Онстотт , Принстонский университет
- Барбара Шервуд Лоллар , Университет Торонто
- Крейг Э. Мэннинг , Калифорнийский университет, Лос-Анджелес
- Бет Оркатт , Лаборатория наук об океане Бигелоу
- Терри Планк , Колумбийский колледж, Колумбийский университет
- Митчелл Согин , Морская биологическая лаборатория
- Дмитрий Сверженски , Университет Джона Хопкинса
- Роланд Винтер , Технический университет Дортмунда
- Фэнпин Ван , Шанхайский университет Цзяо Тонг
СМИ
11 апреля 2020 года Австралийская радиовещательная корпорация «s Science Show транслировать 37 минут радио документальный фильм о ИДК. [22]
Смотрите также
- Углеродистый хондрит
- Углеродно-минеральный вызов
- Проект глубинной дегазации углерода
- Немецкая программа континентального глубокого бурения
- Японская национальная корпорация нефти, газа и металлов
- Комплексная программа морского бурения
- Кольская сверхглубокая скважина
- Орбитальная углеродная обсерватория
- Проект Мохол
- Серпентинит
- Земной биологический цикл углерода
Рекомендации
- ^ «Браузер людей» . Портал данных глубинной углеродной обсерватории . Проверено 31 января 2017 года .
- ^ а б «Об ИДК» . Глубокая углеродная обсерватория. 1 декабря 2013 . Дата обращения 2 августа 2017 .
- ^ а б Deep Carbon Observatory (10 декабря 2018 г.). «Жизнь в глубинах Земли насчитывает от 15 до 23 миллиардов тонн углерода - в сотни раз больше, чем у людей» . EurekAlert! . Проверено 11 декабря 2018 .
- ^ а б Докрил, Питер (11 декабря 2018 г.). «Ученые обнаружили огромную биосферу жизни, скрытую под поверхностью Земли» . Уведомление о науке . Проверено 11 декабря 2018 .
- ^ а б Габбатисс, Джош (11 декабря 2018 г.). «Массовое исследование« глубокой жизни »выявило миллиарды тонн микробов, живущих далеко под поверхностью Земли» . Независимый . Проверено 11 декабря 2018 .
- ^ «Сообщество DCO Deep Energy» . Глубокая углеродная обсерватория. 22 июня 2015.
- ^ «Перепись глубинной жизни» . Проверено 28 сентября 2016 года .
- ^ «Сообщество DCO Deep Life» . Глубокая углеродная обсерватория. 22 июня 2015.
- ^ «DCO Extreme Physics and Chemistry» . Глубокая углеродная обсерватория. 22 июня 2015.
- ^ «Синтезируя наше понимание глубокого углерода Земли» . Эос . 21 февраля 2017 . Проверено 28 февраля 2017 года .
- ^ Сверженский Д.А.; Stagno, V .; Хуанг, Ф. (2014). «Важная роль органического углерода во флюидах зоны субдукции в глубоком углеродном цикле». Природа Геонауки . Природа. 7 (12): 909–913. Bibcode : 2014NatGe ... 7..909S . DOI : 10.1038 / ngeo2291 . S2CID 129027566 .
- ^ Chen, B .; Ли, З. (2014). «Скрытый углерод во внутреннем ядре Земли, обнаруженный при сдвиговом смягчении в плотном Fe 7 C 3 » . Труды Национальной академии наук . PNAS. 111 (501): 17755–17758. Bibcode : 2014PNAS..11117755C . DOI : 10.1073 / pnas.1411154111 . PMC 4273394 . PMID 25453077 .
- ^ Янг, ЭД; Рамбл, Д. (2016). «Масс-спектрометр большого радиуса и высокого массового разрешения для анализа отношения изотопов с несколькими коллекторами для анализа редких изотопологов O 2 , N 2 , CH 4 и других газов» (PDF) . Международный журнал масс-спектрометрии . Эльзевир. 401 : 1–10. Bibcode : 2016IJMSp.401 .... 1Y . DOI : 10.1016 / j.ijms.2016.01.006 . Архивировано 2 октября 2016 года из оригинального (PDF) . Проверено 28 сентября 2016 года .
- ^ Хазен, РМ; Даунс, Р. (2013). «Эволюция углеродных минералов». Обзоры в Минералогии и геохимии . Минералогическое общество Америки. 75 (1): 79–107. Bibcode : 2013RvMG ... 75 ... 79H . DOI : 10.2138 / rmg.2013.75.4 . S2CID 11231102 .
- ^ Inagaki, F .; Хинрикс, К.-У. (2015). «Изучение глубокой микробной жизни в угленосных отложениях до ~ 2,5 км ниже дна океана» . Наука . AAAS. 349 (6246): 420–424. DOI : 10.1126 / science.aaa6882 . PMID 26206933 . Проверено 28 сентября 2016 года .
- ^ Бертон, MR; Сойер, GM (2013). «Глубокие выбросы углерода из вулканов». Обзоры в Минералогии и геохимии . Минералогическое общество Америки. 75 (1): 323–354. Bibcode : 2013RvMG ... 75..323B . DOI : 10.2138 / rmg.2013.75.11 . S2CID 40837288 .
- ^ Holland, G .; Лоллар, BS (2013). «Флюиды глубоких трещин, изолированные в коре с докембрийской эры». Природа . 497 (7449): 357–360. Bibcode : 2013Natur.497..357H . DOI : 10,1038 / природа12127 . PMID 23676753 .
- ^ Эндрюс, Робин. «В земной коре прячется колоссальный рог изобилия экзотической жизни» . Forbes .
- ^ «Углерод в Земле» . Обзоры по минералогии и геохимии. 27 февраля 2013 г.
Публикация в открытом доступе.
- ^ «DCO Open Access and Data Policies» . Глубокая углеродная обсерватория. 22 января 2014. Архивировано из оригинала 28 марта 2014 года.
- ^ "Наука о данных глубинной углеродной обсерватории" . Политехнический институт Ренсселера. 8 августа 2012 г.
- ^ Углеродный цикл показывает степень нашего воздействия на атмосферу и новую жизнь. Углерод, выделяемый при добыче и сжигании ископаемого топлива, в сто раз больше, чем выделяется в результате вулканической активности. , Карл Смит, Научное шоу , 2020-04-11
Внешние ссылки
- «Глубокая углеродная обсерватория (DCO)» .
- «Углерод в Земле» . Обзоры по минералогии и геохимии . 27 февраля 2013 г.
Публикация в открытом доступе.