图片:研究人员Oliver Warr在南非Moab Khotsong收集样本

一个国际研究小组在南非摩押霍松(Moab Khotsong)金矿和铀矿的深层发现了12亿年前的地下水，这进一步揭示了生命是如何在地表以下维持的，以及它如何在其他行星上茁壮成长的。

“我们第一次深入了解了储存在地下深处的能量是如何随着时间的推移在地壳中释放和分布的，”多伦多大学地球科学系副研究员、该研究的主要作者奥利弗·瓦尔(Oliver Warr)说。“可以把它想象成一个能产生氦和氢的潘多拉魔盒，我们可以学习如何利用它，在全球范围内造福于深层生物圈。”

多伦多大学地球科学系教授、通讯作者Barbara Sherwood Lollar说:“十年前，我们发现了加拿大地盾下10亿年前的地下水——这似乎只是一个开始。”“现在，在Moab Khotsong地表下2.9公里处，我们发现，世界水循环的极端前哨比以前认为的更广泛。”

铀和其他放射性元素自然地存在于含矿物和矿床的围岩中。这些元素提供了关于地下水作为化岩营养(或吃岩石的微生物群)的动力来源的新信息，这些共生微生物群以前在地球深层的地下发现过。当铀、钍和钾等元素在地下衰变时，产生的阿尔法、贝塔和伽马辐射会产生连锁反应，在周围的岩石和流体中引发所谓的放射性反应。

在Moab Khotsong，研究人员发现了大量的放射性氦、氖、氩和氙，并前所未有地发现了一种氪的同位素——一种从未见过的这种强大反应历史的示踪剂。辐射还在一个被称为辐射分解的过程中分解水分子，产生大量的氢，这是地球深处的地下微生物群落无法从太阳获得能量进行光合作用的重要能源。

由于它们的质量极小，氦和氖在确定和量化输运势方面具有独特的价值。虽然发现这些水的结晶基底岩石孔隙率极低，这意味着地下水本身在很大程度上是孤立的，很少混合，占其12亿年的历史，扩散仍然可以发生。

沃尔说:“塑料、不锈钢甚至固体岩石等固体材料最终会被扩散的氦气渗透，就像氦气气球的充气一样。”“我们的结果表明，扩散为最初由放射性反应产生的75%至82%的氦和氖提供了一种方式，它们可以通过上覆地壳运输。”

研究人员强调，随着全球氦气储量耗尽，向更可持续资源的过渡取得了进展，这项研究关于氦从地球深处扩散上来的新见解是向前迈出的关键一步。

“人类并不是唯一依赖地球深层地下能量资源的生命形式，”瓦尔说。“由于放射性反应同时产生氦和氢，我们不仅可以了解氦的储存和运输，还可以计算来自地球深处的氢能通量，这可以维持全球范围内的地下微生物。”

瓦尔指出，这些计算对于理解地球上的地下生命是如何维持的，以及太阳系及其以外的其他行星和卫星上可能从辐射驱动的能量中获得什么至关重要，为即将进行的火星、土卫六、土卫二和木卫二任务提供了信息。

该论文的其他合著者包括牛津大学的C.J. Ballentine，以及普林斯顿大学和新墨西哥矿业技术研究所的研究人员。

该研究由NSERC、NWMO、牛津大学和CIFAR的地球4D:地下科学与探索项目提供资金。NSF和ICDP资助了取样设备的钻探和安装。