摩擦和辐射分解如何为“不寻常类型的甲烷”提供氢气?

Question

的迷人的《纽约时报》文章使山喷火的气体正在世界各地出现谈到奇美拉之火和深碳观测站：

以及由一群国际科学家发表的一系列研究深碳观测站表明这种气体在地球上比我们之前知道的更常见。

“我们已经发现了这些不同寻常的甲烷类型在很多很多地方。这不是一个罕见的现象。朱塞佩Etiope他是该组织的一员，帮助发现了2014年奇美拉火山起火的原因。(重点)

这个问题是关于氢的可能来源，导致了《纽约时报》所说的“不寻常类型的甲烷”:

多年来，深碳观测站的研究人员收集并分析了数百个不同地点的气体样本。通过使用特殊的工具来找出甲烷的来源，他们发现了地球的基本配方:从水中提取氢。与矿物或气体中的无机碳混合。加入另一种富含金属的矿物，让这个过程继续下去，还有voilà -非生物甲烷。

氢通常来自蛇纹岩化，当水通常从地幔通过岩石渗透时。但配方各不相同。不同的地点可能会使用来自其环境的不同矿物质或碳:氢可能来自摩擦或辐射分解，而不是蛇纹岩化。温度范围从250华氏度以下(仍能维持生命)到900华氏度左右(不能维持生命)不等。(重点)

蛇纹石化在@Gimelist的优秀的答案对于这个问题在火星地表水消失的背景下，什么是蛇纹岩化?

问题:这种非生物甲烷中的氢是怎么来的

1. 摩擦
2. 辐解

可能有帮助(开放获取):

• 艾蒂普，G.和惠提卡，M. 2019大陆超镁铁质岩系中的非生物甲烷:成因模式研究
• 艾蒂普，G.和艾内斯库，A. 2014低温催化CO2加氢与地质量的钌:富铬铁矿蛇纹岩中可能的非生物CH4来源

Answer 1

我发现这篇论文1试着理解什么是放射性分解。水的电离分解发生在靠近海床的海底玄武岩含水层。

水辐射分解是指放射性元素衰变过程中产生的电离辐射对水分子的分解(Debierne, 1914;Le Caër, 2011)。在玄武岩中产生电离辐射的主要放射性元素是铀(238U和235U)、钍(232Th)和钾(40K)，当它们和它们的子核素衰变时，它们共同发出α (α)、β (β)和γ (γ)辐射。这种辐射的能量转移激发并电离水分子，产生几种化学物质:eaq-， HO•，H•，HO2•，H3O+， OH-， H2O2和H2 (Spinks和Woods, 1990;Le Caër, 2011)。”

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“海洋基底包含地球上最大的含水层。它破碎的岩石中含有地球上将近2%的海水(Johnson和Pruis, 2003)。虽然海洋基底中生命和微生物活动的程度尚不清楚，但各种证据表明，微生物生活在含水层中(Cowen等人，2003;爱德华兹等人，2012;Jungbluth等人，2013;Lever等人，2013;奥克特等人，2013)。Fisk等人(1998)和Staudigel等人(2008)报告了风化纹理，提示海底玄武岩玻璃中的微生物蚀变。”

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对于海底环境，我们对还原剂H2的生产特别感兴趣。许多生物分解代谢利用H2，包括产甲烷菌、硫酸盐还原剂、铁还原剂和硝酸盐还原剂(Fang和Zhang, 2011)。有证据表明，其中一些生物，特别是硫酸盐还原剂和产甲烷菌，活跃在海底玄武岩中(Lever et al.， 2013)。辐射分解无疑发生在海底玄武岩中，因为同时存在水和辐射。Edwards等人(2012)认为，在南太平洋环流(SPG)古老且相对风化的玄武岩基底中，放射性氢可能是主要的电子供体。

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试图理解氢是如何通过摩擦形成的另一个2作者将其与地震联系起来，列出了氢的三种可能的起源，并说摩擦起源仍然是一个不为人所知的过程。显然，当岩石圈有运动时，它会发生在断层系统中:

在过去的几十年里，已经提出了三种不同的非生物H2生成过程:

• (1)水-岩氧化还原反应，主要在水热条件下[Janecky and Seyfried, 1986;考文尼等人，1987]，
• (2) H2O的辐射溶解反应[Savary and Pagel, 1997]，以及
• (3)地震期间湿断层面上的机械基性形成[Wakita et al.， 1980]。

通过橄榄岩‐水和科马提岩‐水的水热反应，分别作为现代和古代的类似物，在实验室实验中定量估计了H2的产量[Seyfried等人，2007;吉崎等人，2009]。对含U矿物石英中含H2流体包裹体的分析支持了H2的放射性生成[Dubessy等，1988年]，并在实验室g辐射实验中进行了定量估计[Lin等，2005年]。在含10% wt% FeO的1公里基性/超基性岩石柱中，氧化还原反应产生的单位表面积H2通量估计为3 × 10−4 mol/m2 yr [Sleep and Zoback, 2007]，南非Witwatersrand盆地水辐射分解产生的估计通量为8 × 10−6 mol/m2 yr [Lin et al.， 2005]。相比之下，与地震相关的H2通量及其在地下生态系统中的意义尚未在现场或实验室中得到探索。

在进行了实验通量计算后，论文说，这种机制可能对产甲烷菌很重要。不仅是地震，陨石撞击也可能是原始生命的氢分子来源，不仅在地球上，而且在其他星球上。

“因此,地震活动和随之而来的H2释放可能维持了地下微生物群落早在3.8 Ga。此外,机械基H2的生成可以由陨石撞击和地震诱导因此，不仅在地球上，而且在其他行星上，它可能在地下生物圈的进化中发挥重要作用。”

1Dzaugis Mary E, Spivack Arthur J.， Dunlea Ann G.， Murray Richard W.， D 'Hondt Steven (2016)”。玄武质地下含水层的辐射分解制氢＂微生物学前沿， 7, issn = 1664-302x

2广濑T、川谷奇S、铃木K (2011)＂模拟断层期间的机械H2生成:对地震驱动的地下生物圈的影响。＂地球物理研究信件。