Принято считать, что необходимой предпосылкой существования жизни в том виде, в котором мы привыкли ее себе представлять, является наличие воды. В тех условиях, которые существуют на Марсе и на спутниках Юпитера сегодня, вода в свободном виде сохраниться не может. Но она может остаться в составе минералов, которые, в таком случае, сохраняют память о тех временах, когда условия были не столь жесткими. Научная группа под руководством доктора химических наук, профессора Елены Болдыревой при сотрудничестве с коллегами из Университета Вены под руководством профессора Рональда Милетича воссоздали «космические условия» в НОЦ «Институт химических технологий ИК СО РАН – НГУ» и проверили, как ведут себя синтетические минералы типа кизерита, встречающиеся на поверхности Марса и спутников Юпитера, при ультранизких температурах. Результаты опубликованы во флагманском научном журнале Международного союза кристаллографов IUCrJ.
— Исследовать состав и структуру минералов можно различными способами – на основании анализа спектров, либо используя дифракцию рентгеновского излучения. Если спектры минералов, находящихся на Марсе и спутниках Юпитера, возможно изучать, оставаясь на Земле, то для изучения структуры дифракционными методами необходимо либо доставить пробы минералов на Землю, либо отправить с Земли небольшой портативный дифрактометр (что и было сделано во время марсианской миссии марсохода Curiosity). Но есть и третий путь – воссоздать похожие условия, непосредственно на Земле, и посмотреть, как при этом будут вести себя интересующие ученых соединения, – сохранится ли в них вода, как изменится структура. Лаборатория Молекулярного дизайна и экологически безопасных технологий и кафедра химии твердого тела Факультета естественных наук НГУ, где и были проведены эксперименты, обладают такими возможностями, — рассказал доктор химических наук, заведующий лабораторией Молекулярного дизайна и экологически безопасных технологий, доцент кафедры химии твердого тела Факультета естественных наук НГУ Борис Захаров.
Ученые использовали специализированное оборудование и более 100 литров жидкого гелия, чтобы в условиях, моделирующих космические, методом монокристальной рентгеновской дифракции детально исследовать кристаллические структуры ряда синтетических минералов типа кизерита (общая формула M2+SO4·H2O, где M2+ = Mg, Fe, Co, Ni), встречающихся на поверхности Марса и спутников Юпитера, при ультранизких температурах жидкого гелия (15 К, то есть -258° С).
— Такие эксперименты уникальны, в первую очередь, с технической точки зрения, так как требуют специфического и сложного оборудования, при этом работающего «на пределе» из-за ультранизких температур, а также навыка работы со сжиженным гелием, который обеспечивает охлаждение образцов до необходимых температур. Их подготовка и проведение, а также интерпретация полученных данных требуют высокой квалификации ученых. Группа в НГУ является одной из немногих в мире, которая умеет проводить подобные эксперименты. Поэтому мы обратились именно к ней с предложением о проведении совместных исследований, — рассказывает о совместной работе профессор университета Вены Рональд Милетич.
Международная исследовательская группа смогла не только показать, что вода в данных материалах сохраняется в структуре при столь глубоком охлаждении, но и нашла объяснение этому в особенностях кристаллических структур минералов. Эта информация очень важна для интерпретации спектроскопических данных, полученных орбитальными аппаратами с поверхности космических тел.
— Мы обнаружили, что сами структуры сохраняют устойчивость и не претерпевают фазовых переходов даже при таких экстремальных воздействиях. Это происходит благодаря наличию в них молекул воды, которая связывает мостиками в прочный трехмерный каркас катионы металлов и сульфат-анионы. Структура значительно сжимается, причем различным образом в разных направлениях, но при этом не разрушается и не перестраивается в другую фазу, — комментирует еще один участник работ, ассистент кафедры химии твердого тела ФЕН НГУ Никита Богданов.
Как отмечают новосибирские ученые, полученные важные результаты — не единственные плоды сотрудничества с австрийскими коллегами в области низкотемпературных дифракционных экспериментов. Так, ранее совместно с ними уже была опубликована
статья о методических особенностях таких экспериментов, связанных с затвердеванием компонентов воздуха (азота и кислорода) на образце, на основе экспериментальных данных, полученных на оборудовании НГУ.
