Солнечный свет может высвобождать углерод и загрязнители из железистых минералов

Железистые минералы долго рассматривались прежде всего как природное хранилище. Частицы оксидов и гидроксидов железа связывают органические вещества и некоторые загрязнители, ограничивая их перемещение в почве и воде. Однако солнечный свет способен сделать эти соединения значительно более подвижными, говорится в обзоре, опубликованном 19 августа в Nature Reviews Earth & Environment.

Работу подготовила группа под руководством Цзинцзин Ван из Северо-Западного политехнического университета в Сиане. В число авторов вошли Хайлян Дун, Жорж Она-Нгема, Цзюань Лю, Цяохуэй Фань, Пин Ли, Чжао Хуан, Цзинсюн Чжоу, Фань Чэнь, Сяоцюань Лю, Яньжу Лян и Юйхэн Ван. Ответственными авторами указаны Фань Чэнь и Юйхэн Ван.

Исследователи представляют Северо-Западный политехнический университет и Китайский университет геологических наук, Пекинский университет, Сорбонну, Национальный центр научных исследований Франции — CNRS, Национальный музей естественной истории Франции, а также два института Китайской академии наук.

Авторы обобщили результаты полевых наблюдений и лабораторных экспериментов, посвящённых взаимодействию железистых минералов с растворённым органическим веществом. Так называют сложную смесь органических молекул, которая поступает в воду из почв, растений, микроорганизмов, сточных вод и разлагающихся остатков.

При поглощении солнечного излучения железосодержащие минералы могут переходить в более реакционноспособное состояние. Запускаются перенос электронов, восстановление трёхвалентного железа и образование короткоживущих активных форм кислорода. Эти процессы способны разрушать связи между минералами и органическими молекулами, высвобождать ранее удерживаемый углерод или превращать часть органического вещества в диоксид углерода.

Растворённая органика при этом выступает не пассивным пассажиром. Она может ускорять либо, напротив, подавлять фотохимические реакции, связывать железо и влиять на образование новых минеральных фаз. Направление процесса зависит от кислотности воды, состава органических молекул, типа минерала, концентрации кислорода, прозрачности среды и продолжительности освещения.

Та же химия меняет поведение загрязняющих веществ. Железистые минералы способны удерживать соединения металлов и металлоидов, но световое восстановление и растворение минеральной поверхности иногда возвращают их в подвижную форму. В других условиях образующиеся активные частицы, наоборот, ускоряют разрушение органических загрязнителей. Поэтому наличие железа само по себе ещё не означает, что примесь будет надёжно обездвижена.

Вывод важен для оценки углеродного баланса почв, болот, рек, озёр и прибрежных вод. Если модель учитывает только связывание органики минералами, но не её последующее световое преобразование, устойчивость такого хранилища может быть переоценена. Авторы предлагают включать фотохимию железа в расчёты переноса углерода и загрязнителей, а также учитывать её при разработке технологий очистки воды и загрязнённых почв.

Работа не устанавливает единого количественного коэффициента, применимого к любому водоёму или типу почвы. Это обзор накопленных исследований, а не глобальный натурный эксперимент. Авторы подчёркивают высокую неоднородность природных условий и необходимость дополнительных длительных полевых наблюдений. Пока вывод состоит не в том, что свет обязательно высвобождает загрязнители, а в том, что такая возможность должна проверяться наряду со способностью минералов их удерживать.