Подземные «электросети» помогут очистить почву от загрязнителей

Под нашими ногами существует невидимый мир, где обмен электронами управляет химическими процессами, поддерживающими жизнь экосистем, определяющими качество воды и даже судьбу загрязняющих веществ. Новое исследование, опубликованное в журнале Environmental and Biogeochemical Processes, проливает свет на то, как электроны перемещаются в почвах и отложениях на удивительно большие расстояния – от сантиметров до метров. Это открытие меняет наше представление о подземной среде и предлагает новые стратегии для борьбы с загрязнением.

Окислительно-восстановительные реакции – процесс обмена электронами между химическими соединениями – лежат в основе стабильности окружающей среды. Они регулируют круговорот питательных веществ, движение загрязнителей и способы получения энергии микроорганизмами. Ранее ученые полагали, что эти реакции происходят только в микроскопических «горячих точках» на поверхности минералов или микробных клеток. Однако исследование, проведенное специалистами из Китайского университета геонаук, показывает, что перенос электронов может выходить далеко за наномасштабы, связывая удаленные химические зоны в обширные подземные электронные сети.

На мельчайшем уровне электроны передаются при прямом контакте на границе минералов, воды и микробов. Но недавние открытия выявили и более масштабные процессы. Проводящие минералы, природные органические молекулы и даже специализированные микроорганизмы, известные как «бактерии-кабели», могут действовать как электронные мосты, передавая заряды на сантиметры. В некоторых случаях последовательные соединения образуют «цепи дальнего переноса электронов» длиной в десятки сантиметров, создавая настоящие подземные «электромагистрали».

По словам одного из авторов, профессора Сунху Юаня, эти выводы бросают вызов старому представлению о том, что перенос электронов строго локализован. «Теперь мы знаем, что окислительно-восстановительные процессы могут связывать зоны на удивительно больших расстояниях, – объясняет он. – Это имеет огромные последствия для очистки окружающей среды от загрязнителей и для экологической устойчивости».

В обзоре подчеркивается, как эти процессы влияют и на природные циклы, и на борьбу с загрязнением. Например, дальний перенос электронов делает возможной «удаленную очистку», при которой загрязнители разрушаются в труднодоступных местах без прямого введения химических реагентов. Проводящие минералы или добавление биоугля могут расширить активность микробов, а бактерии-кабели помогают связать кислород на поверхности отложений с сульфидом глубоко под землей, сокращая вредные выбросы.

Авторы также намечают следующие шаги в исследованиях: разработка более совершенных инструментов для измерения потоков электронов, создание моделей, объединяющих наноразмерные реакции с полевыми процессами, и проектирование технологий очистки, использующих эти природные электронные пути. Понимание того, как электроны движутся под землей, позволит точнее прогнозировать судьбу питательных веществ и загрязнителей и разрабатывать более эффективные стратегии для защиты грунтовых вод и экосистем. Это открывает надежду на то, что будущие инженеры-экологи однажды смогут «подключиться» к собственной «электронной сети» Земли для восстановления загрязненных почв и водоносных горизонтов.