Ny icke-biologisk väg att bilda syre upptäckt
Syret spelar en avgörande roll för allt levande på jorden, en stor del bildas i biologiska processer. Nu har forskare vid Göteborgs universitet hittat bevis för att svaveldioxid kan brytas isär och bilda syremolekyler. Det kan förklara förekomsten av syre i atmosfärerna på flera av Jupiters månar.
Hur uppkom syre? Den huvudsakliga förklaringen är via den biologiska processen fotosyntes som utvecklades av cyanobakterier, vilket startade den stora oxidationshändelsen för cirka två miljarder år sedan. Forskare har sedan länge insett att även icke-biologiska processer bidrar – men på jorden dominerar fotosyntesen. På andra himlakroppar där sådana bakterier inte finns kan syret förklaras av icke-biologiska processer.
Nu har forskare vid Göteborgs universitet lyckas hitta en ny möjlig, icke-biologisk väg, att bilda syre ur svaveldioxid. Molekylen finns i atmosfären på många himlakroppar och stora mängder kan skjutas ut vid vulkanutbrott.
När svaveldioxidmolekylen träffas av strålning, från till exempel solen, av en viss energimängd så kan molekylen joniseras till en tvåfaldig plusladdning. Den kan då anta en linjär form med de två syreatomerna på rad och svavelatomen på ena sidan. Före jonisering har svaveldioxid en form som påminner om vattenmolekylens ”Musse Pigg”-formation.
Atomerna byter plats i molekylen
– Vid dubbeljoniseringen försvinner två av elektronerna som är en del av molekylens bindning och det brukar vanligen innebära att vinklarna mellan atomerna i molekylen ändras. Men i det här fallet inträffar så kallad roaming, det vill säga att atomerna byter plats och molekylen intar en helt ny form, säger Måns Wallner, doktorand i fysik.
När roamingen väl har skett så är molekylbindningen så svag att svavelatomen kan lämna och kvar finns en enkel positivladdad syremolekyl O2+, som därefter neutraliseras genom att ta emot en elektron från en annan gasmolekyl. Detta förlopp kan förklara hur syre har bildats i atmosfären på flera av Jupiters månar som Io, Europa och Ganymedes, trots avsaknaden av biologiskt liv.
– Vi föreslår även i vår vetenskapliga rapport att det här sker naturligt på jorden, säger Raimund Feifel, professor i atom- och molekylfysik och medförfattare till rapporten som publicerats i augustinumret av Science Advances.
Forskning tack vare Corona
Feifel säger att de har Coronapandemin att tacka för de här nya rönen.
– Ja, vi hade en gästprofessor som kom hit, eftersom det dagliga livet i hans hemland blev så begränsat att han knapp kunde forska längre under pandemin. Vi tog tag i en gammal data från 2005 där vi hade bestrålat svaveldioxid med fotoner i vårt labb. Vi analyserade datan och gjorde, med Chalmers gigantiska datorkluster beräkningar över vilka energimängder som skapade vilka molekylära strukturer, säger Raimund Feifel.
Nästa steg blir att se om roamingen inträffar även när andra molekyler utsätts för dubbeljonisering, som till exempel koldiselenid.
– Vi vill se om det sker även då, eller om detta bara var en lyckträff med svaveldioxid, säger Raimund Feifel.
Vetenskaplig artikel: Abiotic molecular oxygen production—Ionic pathway from sulfur dioxide
Kontakt: Måns Wallner, doktorand på institutionen för fysik vid Göteborgs universitet, telefon: 0722-31 39 64, e-post: mans.wallner@physics.gu.se
Raimund Feifel, professor i atom och molekylfysik på institutionen för fysik vid Göteborgs universitet, telefon: 0708-38 16 89, e-post: raimund.feifel@physics.gu.se