Efemeryczne kwaśne słone jezioro
Jezioro efemeryczne z kwaśną solanką to jezioro, które ma stosunkowo wysoką zawartość rozpuszczonych soli i ma niskie pH , zwykle w zakresie <1 - 5 i nie ma stojącej wody przez cały rok. Tego typu jeziora są identyfikowane przez wysokie stężenia minerałów ewaporatowych , zwłaszcza halitu , gipsu i różnych tlenków żelaza , dzięki czemu jeziora stają się hipersalinowe. Minerały o niskim pH i ewaporatach są dodatnio skorelowane, dzięki czemu jeziora o niższym pH mają widoczne „skorupy” mineralnych ewaporatów. Ze względu na bardzo niezwykłą geochemię występującą w tych systemach jezior, są one uważane za środowisko ekstremalne w przyrodzie.
Ze względu na niską kwasowość i wysokie zasolenie, a także okresowe całkowite parowanie jezior, wody te na ogół nie nadają się do zamieszkania przez organizmy większe niż drobnoustroje. Mikroskopijne organizmy, które tam żyją, charakteryzują się zadziwiającą różnorodnością biologiczną, od bakterii halofilnych i archeonów po grzyby kwasolubne . Ze względu na niezwykłą zdolność życia do przetrwania w tak surowym środowisku, niedawno zbadano kwaśne słone jeziora pod kątem ich znaczenia dla dziedziny astrobiologii .
Systemy kwaśnych słonych jezior są uważane za rzadkość w świecie przyrody, a najwyższe stężenie kwaśnych słonych jezior występuje w Australii Zachodniej . Tworzą się najkorzystniej w warunkach od półpustynnych do suchych i są ściśle połączone ze stabilnymi wewnętrznymi kratonami i zamkniętymi basenami paleodrenażowymi, umożliwiając odparowanie wód gruntowych do obecnych ekstremalnych wartości zasolenia i kwasowości. W przeciwieństwie do większości naturalnych kwaśnych systemów solankowych, jeziora te są niezwykłe, ponieważ nie są zasilane wulkanicznie ani hydrotermalnie i nie mają bezpośredniego kontaktu z dużymi osadami siarczkowymi , ale mają solanki o pH, które może osiągnąć <1.
Geologia i geochemia
Na ekstremalną kwasowość i zasolenie tych jezior duży wpływ mają warunki geologiczne, klimatyczne i geograficzne, które rozwinęły się w ciągu ostatnich 2 milionów lat. Geograficznie jeziora znajdują się na archaicznej skale piwnicznej w stabilnym wewnętrznym kratonie znanym jako kraton Yilgarn . Te starożytne skały zostały utworzone przez zamknięte baseny przez doliny bloków uskokowych i zostały nacięte przez paleodrenaż w eocenie . Najczęstszymi skałami są granity i gnejsy , nieco rzadziej anortozyty i kwarcyty . Kompleksy archaiczne są silnie zwietrzałe i zdeformowane i są ekonomicznym źródłem aluminium i niklu , a także innych pomniejszych metali. Ponieważ kraton jest nieaktywny tektonicznie i nie spadł poniżej poziomu morza od mezozoiku , doprowadził do powstania rzadkich stref warstw skał osadowych, takich jak węgiel brunatny , mułowce , piaskowce i wapienie morskie . Uważa się, że osady te powstały głównie podczas dwóch ostatnich transgresji morskich trzeciorzędu , co umożliwiło wypełnienie niektórych naciętych dolin wodą morską i innymi osadami morskimi . Paleodrenaż z rzek zakończył się w eocenie jeziora, a wypiętrzenie Darling Range skutecznie spiętrzyło przepływ rzeki i stworzyło odizolowane baseny jeziorne. Ze względu na zróżnicowany teren jeziora mogą znajdować się bezpośrednio na podziemnych skałach archaicznych, podczas gdy inne znajdują się na zwietrzałych regolitach, trzeciorzędowych piaskowcach i wapieniach . W związku z tym zróżnicowana geochemia jezior jest częściowo przypisywana różnym interakcjom skał wodnych z powodu różnych skał macierzystych.
Oprócz warunków geologicznych klimat Australii Zachodniej odgrywa ważną rolę w sezonowej ewolucji jezior. Jeziora występują w półpustynnym krajobrazie i bezpośrednio wpływają na nie sezonowe zmiany pogody w południowo-zachodniej Australii. Pora sucha przypada głównie na miesiące zimowe (czerwiec – sierpień), a pora deszczowa na miesiące letnie (grudzień – marzec). Pomimo tego, że jest półpustynny, krajobraz zwykle doświadcza wszystkich czterech pór roku z różnicami w opadach w każdym z nich. W bardziej wilgotnych miesiącach jeziora będą w fazie zalewania, zmniejszając kwasowość (mediana = 3,3). I odwrotnie, w miesiącach suchych, gdy dominuje ewapokoncentracja, a jeziora doświadczają wzrostu kwasowości (mediana = 4,4) i zasolenia. Opady meteorytów mają również wpływ na osady, ponieważ halit i gips rozpuszczają się po burzach. Opady deszczu wypłukują również materię organiczną z lokalnej flory i fauny do jezior, zwiększając całkowitą zawartość rozpuszczonych ciał stałych.
Geochemicznie średni zakres pH jezior wynosi od >1 do 5, a średnie zasolenie >25%, czyli prawie 8 razy więcej niż w wodzie morskiej. Większość wód zachodniej Australii to solanki chlorku sodu (NaCl) o różnych, ale regionalnie nadmiernych ilościach wapnia, potasu, glinu, żelaza, bromu i krzemu (Ca, K, Al, Fe, Br i Si). Większość jonów w wodach to Na i Cl (~88%), ale w niektórych jeziorach może wahać się od 60% do 98%. Najbardziej kwaśne z jezior (np. Wave Rock Lake, pH 1,7) ma najniższe jony Na i Cl, przy znacznie wyższym stężeniu innych pospolitych jonów.
Wiele pierwiastków w systemach jezior składa się z jonów, które zwykle występują tylko w śladowych ilościach w innych naturalnych jeziorach. Im bardziej kwaśne są wody, tym więcej związków pierwiastków Fe, Al i Si jest zarejestrowanych. I odwrotnie, wody o pH wyższym niż 4 są prawie pozbawione HCO 3 − . Ilość Fe w wodach ma dodatnią korelację z zasoleniem, przy czym im większe zasolenie wody, tym wyższa jest wartość Fe. Jednak ta sama korelacja nie jest widoczna w przypadku jonów Al i Si. Jeszcze bardziej różni się od zwykłych solanek, w kwaśnych systemach solankowych ilość Al jest o wiele większa niż Ca. Niektóre z najbardziej skoncentrowanych Al mają stężenie 8000 mg/l, czyli znacznie więcej niż w kwaśnych wodach kopalnianych lub morskich.
Inne jony śladowe są również obecne w tych jeziorach w dużych ilościach. Średnio strontu (Sr) mogą dochodzić do 65 mg/l i wzrastać wraz z zasoleniem. 59% pobranych próbek wody zawiera wykrywalne ilości Mn (>46 mg/L) i Cu (<9,5 mg/L). Mniej powszechne jony śladowe obejmują cynk , nikiel, molibden i kobalt (Zn, Ni, Mo i Co) w wykrywalnych ilościach i wykazują dodatnią korelację ze wzrostem kwasowości i zasolenia. Inne jony metali występują w mniejszym stopniu, ale nie mają tak wysokich wartości. Zidentyfikowano metale takie jak cer , ołów , antymon i tellur (Ce, Pb, Sb i Te). W niektórych jeziorach wartości stężenia antymonu przekraczają 3 mg/l, czyli prawie 500 razy więcej niż limit toksyczności EPA.
Wysokie stężenia jonów metali i innych pierwiastków śladowych w najbardziej kwaśnych roztworach odzwierciedlają wpływ interakcji woda-skała na powstawanie tych solanek. Uważa się , że jeziora, które znajdują się w pobliżu siarczku niklu i ulegają utlenianiu, przyczyniają się do lokalnej kwasowości. Uważa się, że na jeziora, które są znacznie dalej i mają powolny przepływ wód gruntowych, wpływa głównie utlenianie materiałów organicznych i siarczkowych znajdujących się w skałach piwnicznych archeanu i złożach węgla. Podczas opadów, gdy kwasowość spada, jeziora szybko dostosowują się do bardziej kwaśnych warunków. Częściowo wpływa na to stały obieg żelaza i reakcje redoks , które generują jony H + .
Głównymi autigenicznymi krzemianami warstwowymi w jeziorach są glinokrzemiany warstwowe (np. kaolinit i fe-muskowit). Najprawdopodobniej powstają w wyniku bezpośrednich opadów z kwaśnych wód jezior, bezpośrednich opadów z płytkich wód gruntowych w celu wytworzenia cementów oraz przekształceń skaleni i amfiboli . Są one ściśle związane z innymi minerałami w jeziorach, takimi jak gips, halit, hematyt , jarozyt i alunit . Stabilność minerałów jest głównie kontrolowana przez pH i dostępność kationów, a tam, gdzie kaolinit jest zwykle najbardziej stabilny przy neutralnym pH w innych wodach, dodatnia funkcja jonów Al i Si w zwiększaniu kwasowości umożliwia wytrącanie się kaolinitu przy skrajnych wartościach pH.
Związek z Marsem
Inne kluczowe formacje mineralne, które tworzą się w tych jeziorach, to krzemiany warstwowe Al i Fe/Mg. Te gliny odgrywają interesującą rolę w geochemii jezior i zostały zbadane, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób kwaśne słone jeziora mogą być użytecznym analogiem planetarnym dla Marsa . Chociaż systemy kwaśnych soli, takie jak te w Australii Zachodniej, są niezwykłe na Ziemi, podobne zapisy osadowe znaleziono w regionach Marsa Mawrth Vallis i Nili Fossae . Ponadto w tych regionach Marsa wykryto minerały ilaste, co wskazywałoby, że do ich powstania musiały istnieć duże zbiorniki wodne. Istnienie jarozytu, alunitu, grup kaolinu tolerujących kwasy i chlorków na Marsie wskazuje, że obszary te mogą mieć pewne cechy wspólne z jeziorami zachodniej Australii.
W poszukiwaniu życia na Marsie gliny mogą odgrywać kluczową rolę w wychwytywaniu i przechowywaniu materiałów organicznych. Chociaż substancje organiczne nie są dobrze zachowane w glinach systemu jezior, odnotowują wartości D dla wód formacyjnych, które mogą rzucić światło na potencjalne warunki nadające się do zamieszkania. Inne minerały w jeziorze mają większe powinowactwo do konserwacji. Szczególnie materiały odparowujące, w przypadku których szybkie opady mogą uwięzić i zachować substancje organiczne w strukturze krystalicznej. Badania przeprowadzone przez Melanie R. Mormile i in. w 2003 r. pokazują, że drobnoustroje mogą być uwięzione jako płynne inkluzje w wytrącających się minerałach, takich jak gips i halit. Drobnoustroje te można było wykryć za pomocą spektroskopii ramanowskiej i analizy dyfrakcji rentgenowskiej .