Синтез органического вещества на пирите как результат электрохимического восстановления CO2 : Теоретическое и экспериментальное обоснование

• Автор: Владимиров, Михаил Германович
• Шифр специальности: 03.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил

В большинстве случаев экспериментаторы ориентировались на преобладающую роль, условно говоря, поверхностных сценариев предбиологической эволюции углеродистых соединений. Согласно таким сценариям, синтез органических соединений осуществлялся на поверхности Земли или в тонком поверхностном слое гидросферы за счет таких источников энергии, как солнечная радиация или электрические разряды в атмосфере. На основании этих работ в значительной мере сформировались современные представления о химических реакциях, в которых происходило образование метаболитов и мономерных предшественников биополимеров. Успех экспериментов, моделирующих химические превращения органических соединений в атмосфере или в поверхностных слоях гидросферы, в значительной степени снизил интерес к исследованию других сценариев химической эволюции, ориентирующихся на синтетические реакции, питающиеся исключительно литосферными источниками энергии. Небезынтересно отметить, что именно такие реакции рассматривались в основополагающей публикации А. И.Опарина в качестве источника органических молекул для химической эволюции. По мере расширения представлений о геофизических условиях, при которых возможно образование первичных метаболитов, стали возникать альтернативные глубинные сценарии эволюции углеродистых соединений. Помимо того, что физикохимические процессы в глубинных слоях гидросферы и литосферы можно рассматривать как источники энергии для синтеза органических соединений, важное значение имеет сам факт локализации процессов химической эволюции вне поверхностных зон Земной коры и гидросферы. Причина заключается в том, что в условиях поверхностных сценариев серьезную проблему представляет возможность выживания и накопления синтезированных органических соединений при действии деградирующих факторов, прежде всего, гидролиза образующихся продуктов в условиях высоких температур и водной химии, а также воздействия жесткого ультрафиолета солнечного излучения. Несмотря на определенную размытость границы между поверхностными и глубинными сценариями, следует подчеркнуть, что они принципиально отличаются друг от друга, причем не только природой источника энергии для реакций синтеза первичных метаболитов. В наиболее чистом виде глубинные сценарии предполагают использование такими реакциями исключительно энергии, выделяющейся в литосферных процессах, при их полной независимости от солнечной радиации и атмосферных явлений. Не менее важен и тот факт, что наличие в земной коре зон, резко отличающихся по таким физическим параметрам, как давление, температура, влажность, может приводить к формированию в литосферных условиях разнообразных комбинаций естественных химических реакторов, функционирующих по принципу открытых систем. Абиогенный синтез метаболитов в литосферных процессах не испытывал недостатка в исходном химическом материале в виде разнообразных неорганических молекул, постоянно присутствующих в вулканических газах и растворах. Ряд специфических особенностей сульфидных минералов позволил предположить, что на их поверхности могли протекать электрохимические процессы, в ходе которых происходит восстановление СО2 до органических молекул. СОг, обеспечивающего образование органического вещества на поверхности сульфидного минерала в частности, пирита. Приведены теоретические и экспериментальные доводы в пользу функционирования в литосфере ранее неизвестного источника абиогенного формирования органического вещества электрохимического восстановления СОг на поверхности сульфидных минералов. Изучены электрохимические свойства пирита в растворах различного состава в диапазоне температур С и потенциалов 0 мВ относительно насыщенного хлорссребряного электрода далее х. Разработана лабораторная модель гидротермальной электрохимической системы и сконструирована установка, с помощью которой продемонстрировано восстановление СОг в органическое вещество формиат в условиях, моделирующих природные геоэлектрохимические системы. Работа расширяет представления о путях и механизмах абиогенного синтеза органического вещества.