Tajni život hrđe

Hrđa, ali ne ona na čavlu ili autu nego ona koja nastaje geološkim procesima, utjecala je i još utječe na sudbinu metana, a s njime na klimu našeg planeta i život na njemu – kažu znanstvenici

Nenad Raos subota, 19. kolovoza 2023. u 07:00

U svojoj zbirci minerala imam i jedan, crnosiv, neproziran, slaboga sjaja, koji je "dobio ime po njemačkom mineralogu Johannu Wolfgangu von Goetheu“, kako napisa ugledni autor svjetski poznatog mineraloškog priručnika. Riječ je o getitu (goethite), mineralu kojeg je otkrio i opisao baš rečeni J. W. Goethe – njemački pjesnik koji se, što je manje poznato, bavio prirodoslovljem, pa i mineralogijom. Ne možemo nikako reći za Goethea da je bio hrđav pjesnik, no ono čime je zadužio mineralogiju nije bilo ništa drugo nego prirodna hrđa. Kemijska formula getita je naime FeO(OH), a to je formula hrđe.

Getit
Getit

Tu sam se malo zaletio. FeO(OH) je formula željezova(III) oksihidroksida, dakle definiranog kemijskog spoja – što hrđa sigurno nije. Osim toga postoji mnogo vrsta hrđe. Čak ni Goetheova hrđa nije jedina hrđa u mineralnom carstvu. Postoji i zelena hrđa (green rust, GR). Njezina zelena boja ukazuje na to da se u njoj željezo nalazi u dvovalentnom stanju, dakle u obliku Fe(II). No tu nije kraj priče, jer se željezo u GR nalazi u oba oksidacijska stanja, Fe(II) i Fe(III), a atomi Fe(II) i Fe(III) su povezani atomima kisika. Kada se međutim pogleda njezina kristalna struktura, vidi se da se sastoji od dugih uslojenih lanaca, a kako lanci nose pozitivni električni naboj, između njih se interkaliraju negativni ioni. Tako nastaje sendvičasta struktura slična strukturi filosilikata (minerala gline). Da minerali gline imaju katalitička svojstva zna se odavno. Mnogo je istraživana mogućnost da su oni bili prvi katalizatori na kojima su se sintetizirale molekule proteina i nukleinskih kiselina. Pa kad je tako, ne bi li ista pretpostavka mogla važiti i za zelenu hrđu?

Novi pogled na hrđu daje istraživanje francuskih znanstvenika, čiji sam znanstveni rad „Methanol on the rocks: Green rust transformation promotes the oxidation of methane“,  pročitao u obliku rukopisa.

Najjednostavnije rečeno: zelena hrđa, uz dodatak kisika (no i drugih oksidacijskih sredstava), oksidira metan, CH4, u metanol, CH3OH. Što će u reakciji uz metanol nastati ovisi, osim uvjeta reakcije (parcijalni tlak metana i kisika), i o tome što hrđa sadrži osim željeza. Rekli smo naime da se između slojeva slojeva atoma željeza interkaliraju negativno nabijeni ioni (anioni). Obično je riječ o karbonatima (GRCO3), no oni mogu biti djelomično ili potpuno zamijenjeni kloridnim (Cl-), no i drugim ionima. Baš zato što zelena hrđa (GR) nastaje poglavito u morskoj, dakle slanoj vodi, francuski su je znanstvenici pripremali iz „simulirane morske vode“, što znači da je ona uz GRCO3 sadržavala i nešto GRCl. Rezultat: osim metanola na takvoj su hrđi nastajali i klorirani ugljikovodici, prije svega diklormetan, CH2Cl2, i triklormetan, CHCl3, poznatiji pod imenom kloroform.

Iako je ovdje riječ o čisto kemijskom istraživanju, rezultati do koji su došli francuski znanstvenici ima dalekosežne implikacije za razumijevanje geoloških procesa. Metan je naime staklenički plin koji 80 puta jače apsorbira infracrveno zračenje od ugljikova dioksida. U atmosferi ga ima, istina, samo 1,9 ppm, no on ima djelovanje kao udio 1,9 ppm × 80 = 152 ppm CO2, plina kojeg u atmosferi ima 421 ppm. Stoga otkriće još jednog procesa za uklanjanje metana, preko zelene hrđe, baca novo svjetlo na njegovu sudbinu u atmosferi – i biosferi.

Proces oksidacije metana zelenom hrđom događa se u morskim dubinama, blizu vulkanskih hidrotermalnih izvora. No prema novijim teorijama o postanku života, baš su se na tim mjestima razvili prvi oblici života, pionirski organizmi. Nije li zelena hrđa i na to utjecala?

Pretpostavku da je baš tako bilo podupire istraživanje o kojem je riječ u ovom članku. Naime, uz metanol i klorirane ugljikovodike, oksidacijom metana na GR nastaju i drugi organski spojevi, prije svega ugljikovodici i aldehidi (metanal, etanal, butanal i pentanal), a aldehidi su – zna se – polazne tvari za sintezu gotovo svih organskih spojeva. Kako u to vrijeme na Zemlji nije bilo kisika u slobodnom stanju, njegovu su ulogu preuzela druga oksidacijska sredstva, prije svega dušikovi oksidi (NO, NO2) te nitriti (NO2-) i nitrati (NO3-). Sve u svemu, mnoge tajne krije jedna obična tvar koja se zove hrđa.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik časpisa Priroda te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 3000 znanstveno-popularnih članaka te 15 znanstveno-popularnih knjiga, među kojima je i "The Cookbook of Life - New Theories on the Origin of Life".