Rost i is: Geokemin av järn i vatten som fryser

Projektbeskrivning

Isberg, atmosfärisk is och frusna jordar har en sak gemensamt: de fångar in järnmineraler som är av avgörande betydelse för olika miljöprocesser på jorden. När vatten i flytande form fryser fastnar dessa mineraler mellan mikrometerstora iskristaller, där överraskande omvandlingar sedan äger rum. Mineralerna omvandlas ofta till ett mineral som kallas ferrihydrit. Ferrihydritpartiklar är mycket reaktiva eftersom de har en mycket stor exponerad yta, ofta är endast 1-10 nm breda och är ostadiga. Partiklarna omvandlas alltid till mer stabila järnoxidmineraler (till exempel pigmentet som finns i Falu rödfärg) men under de dagar till år som de existerar spelar de en viktig roll i att distribuera grundämnen, näringsämnen och föroreningar i vatten, mark och luft.

Det kan framstå som överraskande att viktiga reaktioner äger rum i isen, då frusna miljöer länge har betraktats som inerta, men tiden har nu kommit att utforska denna rika kemi. Det flytande vatten som fångas i isen koncentreras ofta starkt i salter och mineraler eftersom dessa inte kan införlivas i isen. Dessa höga koncentrationer utlöser många kemiska reaktioner. I synnerhet de reaktioner som leder till att ferrihydrit bildas är särskilt viktiga för att förstå processerna i den frusna miljön. Det kan vara den förändrade sammansättningen av järn och organiskt material i jordar, dammar och myrar i norra Sveriges boreala och arktiska miljöer. Det kan också vara uppkomsten av ferrihydrit i atmosfärisk is och till och med isberg, som utgör näringsämnen för marina växtplankton och driver världshavens biologiska produktivitet. Forskarna funderar nu till och med på möjligheten att gödsla haven med dessa nanomineraler av järn, som ett sätt att avlägsna koldioxid från atmosfären.

Det är tydligt att järnmineralernas omvandlingar i isen är av stor vikt, men vi vet mycket litet om hur de går till. Projektet har därför tagits fram för att visa hur järnet omvandlas och katalyserar reaktioner i isen. Forskargruppen vid Umeå universitet har länge använt avancerade kemiska metoder för att studera miljön, och i det här projektet kommer vi att använda våra kunskaper för att förstå geokemin för ferrihydrit som är inlåst i is. Vi har identifierat viktiga områden som behöver vidareutvecklas för att bättre hjälpa forskarvärlden att förstå vilken roll is spelar i reaktioner som involverar ferrihydrit. Arbetet kommer särskilt att fokusera på ferrihydritens interaktion med organiskt material, i och med dess utbredda förekomst i naturen.