Tholin

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Tholiny (od stgr. θόλος, tholos, 'muł') – klasa organicznych kopolimerów powstałych w sposób abiogeniczny. Tworzą się z prostych związków organicznych, takich jak metan i etan, poddanych działaniu promieniowania ultrafioletowego. Tholiny nie powstają współcześnie w warunkach naturalnych na Ziemi, ale są szeroko rozpowszechnione na powierzchniach ciał lodowych w zewnętrznym Układzie Słonecznym. Zwykle mają one kolor czerwonawo-brązowy.

Powstawanie[edytuj | edytuj kod]

Reakcje fotochemiczne w atmosferze Tytana, tworzące tholiny
Próbka laboratoryjna analogu aerozoli z atmosfery Tytana

Termin „tholin” stworzyli astronom Carl Sagan i kosmochemik Bishun Khare dla opisu trudnych do scharakteryzowania substancji uzyskanych w eksperymentach typu Millera-Ureya w mieszance gazów odpowiadającej składem atmosferze Tytana[1]. Nie jest to jeden konkretny związek, ale całe spektrum cząsteczek organicznych, które nadają czerwonawą barwę powierzchniom niektórych ciał planetarnych[2].

Uważa się, że tholiny tworzą się poprzez łańcuch reakcji chemicznych. Rozpoczyna go fotodysocjacja i jonizacja cząsteczkowego azotu i metanu przez wysokoenergetyczne cząstki i promieniowanie elektromagnetyczne. Następnie tworzy się etan, etylen, acetylen, cyjanowodór i inne proste cząsteczki i jony dodatnie. Dalsze reakcje tworzą benzen i inne bardziej złożone cząsteczki organiczne, a ich polimeryzacja prowadzi do tworzenia się aerozolu złożonego z cząsteczek o większych masach, które następnie ulegają koagulacji i osadzają się na powierzchni planetarnej poniżej[3]. Tholiny utworzone przy niskim ciśnieniu zwykle zawierają atomy azotu we wnętrzu cząsteczek, podczas gdy w przypadku tholinów powstających pod wysokim ciśnieniem jest bardziej prawdopodobne, że atomy azotu znajdą się na pozycjach końcowych[4][5].

Te substancje pochodzenia atmosferycznego różnią się od „lodowych tholinów”, substancji powstających na powierzchniach ciał lodowych w wyniku napromieniowania lodu zawierającego kompleksy klatratowe, takie jak hydraty metanu i etanu[6].

Występowanie[edytuj | edytuj kod]

Powierzchnie komet, niektórych centaurów, wielu księżyców lodowych i obiektów transneptunowych w zewnętrznym Układzie Słonecznym mają widmo odpowiadające występowaniu tholinów. „Tholiny trytonowe” i „tholiny tytanowe” to bogate w azot substancje organiczne wytwarzane przez napromieniowanie gazowej mieszaniny azotu i metanu w atmosferach tych księżyców. Atmosfera Trytona składa się z azotu z niewielką domieszką metanu i tlenku węgla[7], podobnie atmosfera Tytana zawiera ponad 90% azotu, a drugim co do rozpowszechnienia związkiem jest metan. Uważa się, że pomarańczowe mgły w atmosferze Tytana zawdzięczają kolor obecności tholinów[8]. Pola wydm w pobliżu równika Tytana są prawdopodobnie złożone ze stałej materii organicznej podobnego rodzaju[2]. Także powierzchnia Plutona ma czerwonawą barwę, którą zawdzięcza tworzeniu się tholinów z mgły w atmosferze tej planety karłowatej[9][10]. Również inne obiekty transneptunowe, jak plutonek (28978) Iksjon mogą zawierać te substancje na powierzchni[11].

Widmo podobne do tego, jakie wykazują tholiny, wykryto również w dysku wokół młodej gwiazdy HR 4796A o wieku ośmiu milionów lat, za pomocą urządzenia NICMOS (ang. Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer) na pokładzie Kosmicznego Teleskopu Hubble’a[12]. System HR 4796 jest odległy o około 220 lat świetlnych od Ziemi[13].

Niektórzy naukowcy spekulują, że w początkach istnienia Ziemi komety zawierające tholiny mogły dostarczyć materię organiczną, która była niezbędna dla powstania życia. Mogły tworzyć się także w wyniku wyładowań atmosferycznych[14]. W eksperymentach laboratoryjnych wykazano, że mogą z nich powstawać m.in. aminokwasy, budulec białek i zasady azotowe nukleotydów[2]. Tholiny nie występują naturalnie na współczesnej Ziemi ze względu na znaczną zawartość wolnego tlenu. Atmosfera ziemska ma właściwości utleniające od czasu wielkiego zdarzenia oksydacyjnego około 2,4 miliarda lat temu.

Znaczenie biologiczne[edytuj | edytuj kod]

Tholiny w atmosferze mogą skutecznie chronić powierzchnię ciała planetarnego przed promieniowaniem ultrafioletowym. Mogło to mieć znaczenie dla rozwoju organizmów żywych na Ziemi, przed wytworzeniem się warstwy ozonowej[2][14].

Wiele bakterii żyjących w glebie jest w stanie wykorzystywać tholiny jako wyłączne źródło węgla. Uważa się, że tholiny mogły być pierwszym pożywieniem mikroorganizmów heterotroficznych, zanim w wyniku ewolucji wykształcił się autotrofizm[15].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. Carl Sagan, Bishun Khare. Tholins: organic chemistry of interstellar grains and gas. „Nature”. 277 (5692), s. 102, 1979. DOI: 10.1038/277102a0. Bibcode1979Natur.277..102S. 
  2. a b c d Sarah Hörst: What in the world(s) are tholins?. 2015-07-23. [dostęp 2015-08-04].
  3. J.H. Waite, D.T. Young, T.E. Cravens, A.J. Coates i inni. The process of tholin formation in Titan's upper atmosphere. „Science”. 316 (5826), s. 870–5, 2007. DOI: 10.1126/science.1139727. PMID: 17495166. Bibcode2007Sci...316..870W. 
  4. Megan McGuigan, Richard D Sacks: Comprehensive Two Dimensional Gas Chromatography Study of Tholin Samples Using Pyrolysis Inlet and TOF-MS Detection. W: Abstract Number: 13300-2000 [on-line]. 2004-03-09. [dostęp 2015-08-04].
  5. M.A. McGuigan, J.H. Waite, H. Imanaka, R.D. Sacks. Analysis of Titan tholin pyrolysis products by comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry. „J. Chromatography”. 1132 (1-2), s. 280-288, 2006. DOI: 10.1016/j.chroma.2006.07.069. 
  6. G.D. McDonald, L.J. Whited, C. DeRuiter, B.N. Khare i inni. Production and chemical analysis of cometary ice tholins. „Icarus”. 122 (1). s. 107-117. DOI: 10.1006/icar.1996.0112. 
  7. Triton’s Summer Sky of Methane and Carbon Monoxide. Europejskie Obserwatorium Południowe, 2010-04-07. [dostęp 2015-08-04].
  8. J.H. Waite, Jr., D.T. Young, J.H. Westlake: 8. High-Altitude Production of Titan’s Aerosols. W: Robert H. Brown, Jean-Pierre Lebreton, J. Hunter Waite: Titan from Cassini-Huygens.
  9. Pluto: The 'Other' Red Planet. NASA, 2015-07-03. [dostęp 2015-08-04].  Cytat: Experts have long thought that reddish substances are generated as a particular color of ultraviolet light from the sun, called Lyman-alpha, strikes molecules of the gas methane (CH4) in Pluto’s atmosphere, powering chemical reactions that create complex compounds called tholins.
  10. New Horizons Team Finds Haze, Flowing Ice on Pluto. Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, 2015-07-24. [dostęp 2015-08-04].
  11. H. Boehnhardt, S. Bagnulo, K. Muinonen, M.A. Barucci i inni. Surface characterization of 28978 Ixion (2001 KX76). „Astronomy and Astrophysics Letters”. 415 (2), s. L21–L25, 2004. DOI: 10.1051/0004-6361:20040005. Bibcode2004A&A...415L..21B. 
  12. M. Kohler, I. Mann, A. Li. Complex organic materials in the HR 4796A disk?. „The Astrophysical Journal Letters”. 686 (2), s. L95-L98, 2008. DOI: 10.1086/592961. 
  13. Red dust in disk may harbor precursors to life. Spaceflight Now, 2008-01-05. [dostęp 2015-08-04].
  14. a b Mooning over Titan's atmosphere. W: BasePeak [on-line]. spectroscopyNOW, 2006-10-15. [dostęp 2015-08-04].
  15. C.R. Stoker, P.J. Boston, R.L. Mancinelli, W. Segal i inni. Microbial metabolism of tholin. „Icarus”. 85 (1), s. 241-256, 1990. DOI: 10.1016/0019-1035(90)90114-O. Bibcode1990Icar...85..241S.