Τα κρυμμένα «ηλεκτρονικά δίκτυα» του υπεδάφους που μπορούν να καθαρίσουν τον πλανήτη

Κάτω από τα πόδια μας απλώνεται ένας αόρατος κόσμος που μέχρι σήμερα παρέμενε σχεδόν άγνωστος. Πρόκειται για τις υπόγειες «λεωφόρους ηλεκτρονίων» – δίκτυα που επιτρέπουν τη ροή ηλεκτρικών φορτίων μέσα από εδάφη και ιζήματα σε αποστάσεις πολύ μεγαλύτερες απ’ ό,τι πίστευαν μέχρι πρόσφατα οι επιστήμονες.

Μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Environmental and Biogeochemical Processes ρίχνει φως σε αυτές τις διεργασίες, αποκαλύπτοντας πώς οι ανταλλαγές ηλεκτρονίων επηρεάζουν τα οικοσυστήματα, την ποιότητα των υδάτων και την τύχη των ρύπων.

Στην καρδιά αυτών των μηχανισμών βρίσκονται οι οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις – οι χημικές διαδικασίες όπου ένα μόριο δίνει και ένα άλλο παίρνει ηλεκτρόνια. Αυτές καθορίζουν πώς κυκλοφορούν τα θρεπτικά συστατικά, πώς μετακινούνται οι ρύποι και πώς τα μικρόβια αντλούν ενέργεια. Μέχρι πρόσφατα οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι όλα αυτά γίνονταν τοπικά, σε μικροσκοπικά «σημεία» πάνω σε επιφάνειες ορυκτών ή σε κυτταρικά τοιχώματα.

Η νέα έρευνα από το China University of Geosciences έδειξε ότι οι ανταλλαγές ηλεκτρονίων δεν περιορίζονται σε νανομετρικές αποστάσεις, αλλά μπορούν να επεκταθούν σε εκατοστά ή και μέτρα, δημιουργώντας δίκτυα που συνδέουν απομακρυσμένες χημικές ζώνες.

Σε μικρή κλίμακα, η μεταφορά ηλεκτρονίων γίνεται απευθείας στις διεπιφάνειες νερού-ορυκτών ή μικροβίων-ορυκτών. Όμως, τα τελευταία χρόνια αποκαλύφθηκαν πιο εντυπωσιακές διεργασίες: αγώγιμα ορυκτά, φυσικά οργανικά μόρια αλλά και εξειδικευμένα βακτήρια (cable bacteria) λειτουργούν σαν «γέφυρες» που μεταδίδουν ηλεκτρικά φορτία σε πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις. Σε ορισμένες περιπτώσεις δημιουργούνται αλυσίδες μεταφοράς που φτάνουν δεκάδες εκατοστά, σχηματίζοντας κυριολεκτικά υπόγειους «αυτοκινητόδρομους» ηλεκτρονίων.

Ο επικεφαλής της μελέτης, Prof. Songhu Yuan, εξηγεί:

Τα ευρήματα αμφισβητούν την παραδοσιακή άποψη ότι η μεταφορά ηλεκτρονίων περιορίζεται σε τοπικό επίπεδο. Γνωρίζουμε πλέον ότι τέτοιες διεργασίες μπορούν να ενώσουν αντιδράσεις που συμβαίνουν σε διαφορετικές ζώνες, με σημαντικές συνέπειες για την απορρύπανση και τη βιωσιμότητα των οικοσυστημάτων.

Η κατανόηση αυτών των υπόγειων δικτύων δεν έχει μόνο θεωρητικό ενδιαφέρον. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι μπορεί να αλλάξει ριζικά την περιβαλλοντική διαχείριση. Μέσα από αυτές τις «λεωφόρους», η αποκατάσταση μολυσμένων εδαφών και υπόγειων υδάτων μπορεί να γίνει πιο αποδοτική.

Για παράδειγμα, η μακρινή μεταφορά ηλεκτρονίων επιτρέπει αυτό που ονομάζεται «απομακρυσμένη αποκατάσταση»: η αποδόμηση ρύπων σε περιοχές δύσκολα προσβάσιμες, χωρίς την ανάγκη άμεσης χημικής παρέμβασης. Τα αγώγιμα ορυκτά ή το προστιθέμενο biochar μπορούν να ενισχύσουν τη δράση μικροοργανισμών, ενώ τα cable bacteria συνδέουν το οξυγόνο στην επιφάνεια των ιζημάτων με θειούχες ενώσεις βαθύτερα, μειώνοντας τις επικίνδυνες εκπομπές.

Η μελέτη υπογραμμίζει την ανάγκη για καλύτερα εργαλεία μέτρησης της μεταφοράς ηλεκτρονίων σε διαφορετικές κλίμακες, καθώς και για μοντέλα που θα συνδέουν τις μικροσκοπικές αντιδράσεις με φαινόμενα που συμβαίνουν στο πεδίο. Παράλληλα, ανοίγει τον δρόμο για την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών απορρύπανσης που θα αξιοποιούν τα φυσικά ηλεκτρονικά μονοπάτια του υπεδάφους.

Όπως σημειώνει η Dr. Yanting Zhang,

Η εργασία μας προτείνει ένα νέο πλαίσιο: να δούμε το υπέδαφος ως ένα διασυνδεδεμένο σύστημα οξειδοαναγωγικών διεργασιών. Αν κατανοήσουμε πώς κινούνται τα ηλεκτρόνια στο έδαφος, μπορούμε να προβλέψουμε καλύτερα την πορεία των θρεπτικών συστατικών και των ρύπων, σχεδιάζοντας πιο αποτελεσματικές στρατηγικές προστασίας των υπόγειων υδάτων και των οικοσυστημάτων.

Η εικόνα που προκύπτει είναι επαναστατική: το υπέδαφος δεν είναι ένα σύνολο απομονωμένων χημικών αντιδράσεων, αλλά ένα ενιαίο, ζωντανό «δίκτυο» όπου ηλεκτρόνια ταξιδεύουν σε αποστάσεις που μέχρι πρόσφατα θεωρούνταν αδύνατες. Αυτή η κατανόηση μπορεί να οδηγήσει σε νέες μεθόδους καθαρισμού μολυσμένων περιοχών και προστασίας των φυσικών πόρων.

[via]