Обнаружена ранее неизвестная форма серы

Важная новость от ученых: впервые экспериментально показано, что один из самых важных химических элементов – сера – при высоких температурных режимах и давлении в водных растворах может переходить в другую форму – стабильный анион S3.

Это важное открытие может пролить свет на такие процессы, как образование больших месторождений золота и меди, а также изменить существующие сегодня представления о моделях, которые описывают эволюцию земной коры и атмосферы, использующие для этого изотопы серы.

Как известно, сера входит в состав большого количества природных соединений, в том числе в нефть, уголь, является составной частью многих белков, словом, без серы жизнь на земле была бы невозможной. Она существует в виде двух основных форм – сульфатов (SO4) и сульфидов (S2).

Изотопы – это разновидности одного и того же химического элемента, у которого различаются атомные массы. Изотопы не имеют отдельной позиции в периодической системе элементов Менделеева. Сера имеет четыре стабильных изотопа: 32S (распространенность в природе – 95.02%), 33S (0.75%), 34S (4.21%), 36S (0.02%).

Глеб Покровский, геохимик их Университета Поля Сабатье, что в Тулузе (Франция). А также его коллега  Леонид Дубровинский из Университета Байрейта (Германия) серией экспериментов показали, что в зависимости от внешнего давления и температуры сера в водных растворах может вести себя по-разному. Впервые было продемонстрировано, что при высоких показателях температуры и давления сера переходит в устойчивый анион S3-. Столь высокая стабильность аниона при таких аномальных условиях заставила ученых предположить, что S3- вполне может существовать и в глубинах земной поверхности, где показатели температуры и давления еще более экстремальны.

Анион S3- является новой формой серы в водных растворах, так называемых геологических флюидах. А ведь и в земной коре, и в мантии существуют не только твердые породы типа минералов, но и флюиды – вода, растворяющая целый букет элементов и веществ: серу, соли, металлы и т.д. Сам анион был открыт в лабораторных условиях. Ученые в ходе исследований экспериментально добились установления таких параметров, которые соответствуют показателям в земных недрах. Как сообщает Глеб Покровский, ученые в лаборатории работали над созданием новых модельных растворов, имеющих в своем составе серу и похожие с природными флюидами характеристики, которые были созданы в условиях больших давлений и температур. Итогом таких экспериментов явилось обнаружение аниона, который, по утверждениям ученых, просто обязан присутствовать и глубоко под поверхностью земли.

Сам анион S3- известен химикам уже достаточно продолжительное время, но впервые удалось зафиксировать его в водном растворе. В природе S3- имеется в некоторых минералах – в цеолитах, например. Он входит в состав кристаллической решетки этого минерала, придавая им голубоватый цвет. Еще она встречается в боросиликатных стеклах, в некоторых органических растворителях. Химики хорошо исследовали спектроскопию аниона, но никто даже не подозревал об их способности существовать в водных растворах при высоких температурах и давлениях – говорит Глеб Покровский.

Таким образом, S3- есть чисто лабораторное открытие. В природе условия, при которых открыт анион, существуют, но не на земной поверхности. Наблюдать флюид, протекающий при температуре 500 градусов, возможно только на глубинах от 50 км. Мы же видим только то, что уже вышло на поверхность, а оно появляется в уже измененном виде. Мы в своих экспериментах попробовали воссоздать те условия, которые характерны для больших глубин, с теми же показатели давления и температуры – пояснил Покровский.

При падении этих показателей по мере подъема флюидов вверх к земной поверхности S3- превращается в обычный сульфат или сульфид – стабильные формы серы в обычных условиях.

Для проведения подобных экспериментов, связанных с высокими температурами и давлениями, используют так называемую алмазную ячейку. Этот прибор известен уже более 50 лет, и активно используется химиками и физиками для изучения процессов под большим давлением. Он представляет собой пластинку из металла толщиной в 500 микрон (0.5 мм), в ней сверлится тоненькая дырочка. Пластина сдавливается под алмазным прессом и получается ячейка, внутри которой можно наблюдать растворы и металлы. Ячейка позволяет проводить наблюдения при высоких температурах и давлениях.

Открытие аниона S3- имеет несколько важных аспектов применения. Первое связано с фундаментальностью открытия: неожиданность его очевидна, а причины, по которым частица остается стабильной в водном растворе при высоких температурах и давлениях, нам неизвестны. Это обширное поле деятельности для науки. Второе применение заключается в возможности узнать механизм образования месторождений. Ученые подозревают, что сульфаты и сульфиды, пред тем, как войти в состав месторождений, перед этим пребывали в форме S3-, утверждает ученый.

Но и это далеко не все. Есть еще одна потенциальная сфера применения. Анион серы вполне может изменить модели изотопного фракционирования ее.  Как уже отмечалось, у серы есть четыре стабильных изотопа, отношение которых друг к другу меняется в зависимости от условий окружающей среды. Благодаря этой их способности существует возможность изучать эволюцию земной атмосферы. А все существующие до сих пор модели не включали в свой состав анион серы, а ведь он может внести некоторые изменения в отношения изотопов, тем самым внеся поправки в наше понимание эволюции атмосферы.

По материалам gzt.ru/