Эта история о земной воде, которая оказалась надежно изолированной от дневного света и участия в гидрологическом цикле с тех пор, как на Земле еще даже не появилась многоклеточная жизнь. О воде, которая находится под толщей горных пород дольше, чем существовали динозавры — да что там динозавры, она пребывает в таком состоянии дольше, чем существует кислородная атмосфера планеты в ее современном виде.

Где нашли эту воду

Все началось в медно-цинковом руднике Кидд-Крик в канадской провинции Онтарио — одной из самых глубоких шахт в мире. В 1980-х годах геологи заметили, что на глубине около 2,4 километра из трещин в породе сочится вода, и ради удовлетворения любопытства решили выяснить, сколько ей лет.

Первые оценки шокировали — воде оказалось порядка 1,5 миллиарда лет. Это тут же стало рекордом среди всех известных источников подземных вод. По мере углубления шахты ученые продолжали исследовать глубинные воды и терпеливо дожидаться появления технологий, которые позволили бы более точно установить возраст находок.

В 2016 году международная команда исследователей, которую возглавила профессор геохимии Барбара Шервуд Лоллар из Университета Торонто, смогла получить образцы воды из той же шахты с глубины около трех километров. Анализ показал, что возраст этой изолированной влаги составляет примерно 2,64 миллиарда лет!

Для сравнения: сама Земля существует около 4,54 миллиарда лет, а первые многоклеточные* организмы появились на планете примерно 1,63 миллиарда лет назад.

*Согласно предыдущим оценкам, Франсвильская биота — одна из наиболее ранних форм многоклеточной жизни возрастом около 2,1 миллиарда лет. Однако сегодня ученые все же сходятся во мнении, что это был не полноценный многоклеточный организм, а сложная колония одноклеточных. Следовательно, я буду оперировать исключительно подтвержденной информацией.

Как вообще можно датировать воду?

Для этого геохимики исследуют изотопный состав благородных газов и продукты радиоактивных процессов, накопившиеся в жидкости и окружающих породах. В частности, ключевое значение имеют гелий, неон, аргон, а также криптон и ксенон.

Естественный радиоактивный распад в породе на протяжении эонов приводит к образованию и накоплению определенных изотопов и газов. Измерив их точную концентрацию, сегодня ученые могут с высокой точностью определить, как долго влага была отрезана от внешнего мира.

Почему она "выпала" из цикла

Обычный гидрологический цикл — это непрерывный круговорот: испарение с поверхности океанов и суши → конденсация в облаках → осадки → сток по рекам или просачивание в грунтовые воды → и рано или поздно возвращение в атмосферу.

Даже подземные воды в обычных водоносных горизонтах, являющиеся наиболее медленной составляющей этого цикла, обычно обновляются за годы, столетия, тысячелетия, а в некоторых случаях — за десятки тысяч лет.

Вода в Кидд-Крик оказалась заключена в трещинах и порах древней кристаллической породы возрастом около 2,6–2,7 миллиарда лет. Эти пласты имеют крайне низкую проницаемость, поэтому скрытая на глубине влага полностью изолирована от процессов на поверхности планеты и обычных водоносных горизонтов.

По сути, перед нами не подземная река и не грунтовые воды в привычном смысле, а изолированный объем жидкости, сохранившийся в толще очень древней породы.

Таким образом, эта вода буквально выпала из гидрологического цикла. Уже более двух миллиардов лет она не смешивается с постоянно обновляющимися поверхностными водами, не попадает в океан и, следовательно, не оказывается в атмосфере для последующей конденсации и выпадения в виде осадков.

Можно ли эту воду выпить?

Физически можно, но точно не стоит. Во-первых, она чрезвычайно соленая — примерно в 10 раз солонее современной морской воды. Такая экстремальная концентрация соли объясняется тем, что в очень далеком прошлом эти пласты были дном древнего океана, а за прошедшие миллиарды лет запертая в микротрещинах влага непрерывно реагировала с породой, буквально высасывая из нее минералы.

По воспоминаниям самой Барбары Шервуд Лоллар, которая все же рискнула попробовать каплю этой жидкости на язык, она оказалась невероятно горькой и вязкой, похожей по консистенции на сироп. Кроме того, вода имеет характерный запах тухлых яиц, обусловленный содержанием растворенных соединений серы, включая сероводород.

В этой воде нашли жизнь

Несмотря на миллиарды лет изоляции, отсутствие доступа к солнечному свету и практически полное отсутствие кислорода, в этих глубинных водах обнаружили следы активной микробной жизни.

Микроорганизмы здесь не могут получать энергию от Солнца. Вместо этого они используют химическую энергию, возникающую благодаря взаимодействию воды с окружающими минералами. Один из ключевых процессов — радиолиз воды. Естественный радиоактивный распад элементов в породе приводит к расщеплению молекул воды и образованию молекулярного водорода, который служит топливом для подземных обитателей.

Что же это за существа? Ученые обнаружили там уникальные бактерии-камнееды (литотрофы), не встречающиеся на поверхности планеты. Основу этого скрытого мира составляют сульфатредуцирующие бактерии рода Desulfotomaculum, которые вместо кислорода дышат сульфатами, и бактерии рода Fuchsiella, преобразующие водород в питательные вещества.

Эти древние микробы живут в режиме жесткого энергосбережения: в то время как обычные бактерии делятся каждые 20 минут, обитатели Кидд-Крик предпочитают делиться раз в несколько столетий.

Ценность открытия для астробиологии

Если микробные экосистемы способны существовать глубоко под поверхностью Земли, используя исключительно энергию геохимических процессов, возникает справедливый вопрос: может ли нечто похожее происходить на других небесных телах?

В первую очередь исследователей интересует Марс, под поверхностью которого, скорее всего, скрывается жидкая вода. Вкупе с минералами и источниками химической энергии это может обеспечить условия для поддержания микробной жизни, зародившейся в далеком прошлом, когда Красная планета была более дружелюбным миром. Более того, похожие изолированные миры ученые надеются обнаружить в подледных океанах спутников Юпитера и Сатурна — Европы и Энцелада соответственно.

Именно поэтому глубинная биосфера Земли так важна для астробиологии. Она наглядно доказывает: для процветания жизни свет родительской звезды и какой-то особый состав атмосферы — вовсе необязательные компоненты.

А теперь представьте, если окажется, что практически все небесные тела Солнечной системы — по крайней мере, их глубины — населены уникальными живыми существами, появившимися независимо друг от друга.

На этом я заканчиваю, но оставляю вам эту пищу для размышления.