Wentylacja hydrotermalna
Otwór hydrotermalny to szczelina na dnie morskim , z której wypływa podgrzana geotermalnie woda. Są powszechnie spotykane w pobliżu wulkanicznie , obszarów, w których płyty tektoniczne oddalają się od siebie na grzbietach śródoceanicznych , basenach oceanicznych i gorących punktach . Złoża hydrotermalne to skały i złoża rud mineralnych powstałe w wyniku działania kominów hydrotermalnych.
Kominy hydrotermalne istnieją, ponieważ ziemia jest zarówno aktywna geologicznie, jak i ma duże ilości wody na swojej powierzchni iw skorupie. Pod powierzchnią morza mogą tworzyć cechy zwane czarnymi palaczami lub białymi palaczami . W porównaniu z większością głębin morskich obszary wokół kominów hydrotermalnych są biologicznie bardziej produktywne, często zamieszkują złożone społeczności napędzane chemikaliami rozpuszczonymi w płynach wentylacyjnych. chemosyntetyczne i Archaea tworzą podstawę łańcucha pokarmowego , wspierając różnorodne organizmy, w tym gigantyczne rurki , małże, ślimaki i krewetki. Uważa się, że aktywne kominy hydrotermalne istnieją na księżycu Jowisza , Europie i księżycu Saturna , Enceladusie , i spekuluje się, że starożytne kominy hydrotermalne istniały kiedyś na Marsie .
Postawiono hipotezę , że kominy hydrotermalne były istotnym czynnikiem rozpoczynającym abiogenezę i przetrwanie prymitywnego życia .
Właściwości fizyczne
Kominy hydrotermalne w głębokim oceanie zwykle tworzą się wzdłuż grzbietów śródoceanicznych , takich jak Grzbiet Wschodniego Pacyfiku i Grzbiet Środkowoatlantycki . Są to miejsca, w których dwie płyty tektoniczne rozchodzą się i powstaje nowa skorupa.
Woda wydobywająca się z kominów hydrotermalnych na dnie morskim składa się głównie z wody morskiej zasysanej do systemu hydrotermalnego w pobliżu budowli wulkanicznej przez uskoki i porowate osady lub warstwy wulkaniczne, a także trochę wody magmowej uwalnianej przez wypływającą magmę . W ziemskich systemach hydrotermalnych większość wody krążącej w fumaroli i gejzerów to woda meteorytowa oraz woda gruntowa , która przesiąkła do systemu termicznego z powierzchni, ale często zawiera również pewną część woda metamorficzna , woda magmowa i osadowa solanka formacyjna , która jest uwalniana przez magmę. Odsetek każdego z nich różni się w zależności od lokalizacji. [ potrzebne źródło ]
W przeciwieństwie do około 2 ° C (36 ° F) temperatury wody na tych głębokościach, woda wypływa z tych otworów w temperaturach od 60 ° C (140 ° F) do nawet 464 ° C (867 ° F) . Ze względu na wysokie ciśnienie hydrostatyczne na tych głębokościach woda może występować w postaci ciekłej lub jako płyn nadkrytyczny w takich temperaturach. Punkt krytyczny (czystej) wody to 375°C (707°F) przy ciśnieniu 218 atmosfer .
Jednak wprowadzenie zasolenia do płynu podnosi punkt krytyczny do wyższych temperatur i ciśnień. Punkt krytyczny wody morskiej (3,2% wag. NaCl) to 407 ° C (765 ° F) i 298,5 bara, co odpowiada głębokości ~ 2960 m (9710 stóp) poniżej poziomu morza. Odpowiednio, jeśli płyn hydrotermalny o zasoleniu 3,2% wag. % NaCl ulatnia się powyżej 407 ° C (765 ° F) i 298,5 barów, jest w stanie nadkrytycznym. Ponadto wykazano, że zasolenie płynów wentylacyjnych różni się znacznie ze względu na separację faz w skorupie. Punkt krytyczny dla płynów o niższym zasoleniu występuje w warunkach niższej temperatury i ciśnienia niż w przypadku wody morskiej, ale wyższych niż w przypadku czystej wody. Na przykład płyn odpowietrzający o zawartości 2,24% wag. % zasolenia NaCl ma punkt krytyczny przy 400 ° C (752 ° F) i 280,5 barach. Tak więc woda wypływająca z najgorętszych części niektórych kominów hydrotermalnych może być płyn nadkrytyczny , posiadający właściwości fizyczne pomiędzy właściwościami gazu i cieczy .
Przykłady wentylacji nadkrytycznej można znaleźć w kilku miejscach. Sister Peak (Comfortless Cove Hydrothermal Field, głębokość 2996 m lub 9829 stóp) odprowadza rozdzielone fazowo płyny o niskim zasoleniu. Stwierdzono, że długotrwałe odpowietrzanie nie było nadkrytyczne, ale krótki wtrysk 464 ° C (867 ° F) był znacznie powyżej warunków nadkrytycznych. Stwierdzono, że pobliskie miejsce, Turtle Pits, odprowadza płyn o niskim zasoleniu w temperaturze 407 ° C (765 ° F), czyli powyżej punktu krytycznego płynu przy tym zasoleniu. Miejsce wentylacyjne w Rynie Kajmanów o nazwie Beebe , które jest najgłębszym znanym miejscem hydrotermalnym na świecie na ~ 5000 m (16 000 stóp) poniżej poziomu morza, wykazało trwałe odpowietrzanie nadkrytyczne w temperaturze 401 ° C (754 ° F) i 2,3% wag. NaCl.
Chociaż warunki nadkrytyczne zaobserwowano w kilku miejscach, nie wiadomo jeszcze, jakie znaczenie, jeśli w ogóle, ma wentylacja nadkrytyczna pod względem cyrkulacji hydrotermalnej, tworzenia się osadów mineralnych, strumieni geochemicznych lub aktywności biologicznej. [ potrzebne źródło ]
Początkowe etapy budowy komina wentylacyjnego rozpoczynają się od osadzania się mineralnego anhydrytu . Siarczki miedzi , żelaza i cynku wytrącają się następnie w szczelinach komina, czyniąc je z czasem mniej porowatymi . Odnotowano przyrosty otworów wentylacyjnych rzędu 30 cm (1 stopa) dziennie. Eksploracja otworów głębinowych u wybrzeży Fidżi w kwietniu 2007 r. Wykazała , że otwory te są znaczącym źródłem rozpuszczonego żelaza (patrz cykl żelaza ).
Czarni palacze i biali palacze
Niektóre kominy hydrotermalne tworzą z grubsza cylindryczne konstrukcje kominów. Powstają one z minerałów rozpuszczonych w płynie odpowietrzającym. Kiedy przegrzana woda styka się z prawie zamarzającą wodą morską, minerały wytrącają się, tworząc cząsteczki, które zwiększają wysokość stosów. Niektóre z tych konstrukcji kominowych mogą osiągnąć wysokość 60 m. Przykładem takiego wysokiego otworu wentylacyjnego była „Godzilla”, struktura na głębokim dnie morskim Oceanu Spokojnego w pobliżu Oregonu , która wzniosła się na 40 m, zanim upadła w 1996 roku.
Czarny dymnik lub komin głębinowy to rodzaj komina hydrotermalnego występującego na dnie morskim , zwykle w strefie kąpieli (z największą częstotliwością na głębokościach od 2500 do 3000 m), ale także na mniejszych głębokościach, a także głębiej w strefie głębinowej . Wyglądają jak czarne, przypominające komin struktury, które emitują chmurę czarnej materii. Czarni palacze zazwyczaj emitują cząsteczki o wysokim poziomie minerałów zawierających siarkę lub siarczków. Czarne palacze powstają na polach o szerokości setek metrów, gdy jest przegrzana od dołu Skorupa ziemska przechodzi przez dno oceanu (woda może osiągać temperaturę powyżej 400°C). Ta woda jest bogata w rozpuszczone minerały ze skorupy, w szczególności siarczki . W kontakcie z zimną wodą oceaniczną wytrąca się wiele minerałów, tworząc czarną, przypominającą komin strukturę wokół każdego otworu wentylacyjnego. Zdeponowane siarczki metali mogą z czasem stać się masywnymi osadami rudy siarczkowej . Niektórzy czarni palacze na Azorach w Grzbiecie Środkowoatlantyckim są niezwykle bogaci w metale , na przykład Rainbow z 24 000 μM stężenia żelaza .
Czarni palacze zostali po raz pierwszy odkryci w 1979 roku na Wzgórzu Wschodniego Pacyfiku przez naukowców z Scripps Institution of Oceanography podczas projektu RISE . Obserwowano je za pomocą pojazdu do głębokiego zanurzenia ALVIN z Woods Hole Oceanographic Institution . Obecnie wiadomo, że czarne palacze występują w Atlantyckim i Pacyfiku , na średniej głębokości 2100 m (6900 stóp). Najbardziej wysunięte na północ czarne palacze to gromada pięciu o nazwie Zamek Lokiego , odkryta w 2008 roku przez naukowców z Uniwersytet w Bergen na 73° N , na grzbiecie środkowoatlantyckim między Grenlandią a Norwegią . Te czarne palacze są interesujące, ponieważ znajdują się w bardziej stabilnym obszarze skorupy ziemskiej, gdzie siły tektoniczne są mniejsze, a co za tym idzie, pola kominów hydrotermalnych są mniej powszechne. Najgłębsze znane czarne palacze na świecie znajdują się w Rynie Kajmanów , 5000 m (3,1 mil) pod powierzchnią oceanu.
Białe otwory wędzarnicze emitują jaśniejsze minerały, takie jak te zawierające bar , wapń i krzem . Te otwory wentylacyjne mają również tendencję do tworzenia pióropuszy o niższej temperaturze, prawdopodobnie dlatego, że są one generalnie oddalone od źródła ciepła.
Czarni i biali palacze mogą współistnieć w tym samym polu hydrotermalnym, ale ogólnie reprezentują odpowiednio proksymalne (bliskie) i dystalne (odległe) otwory wentylacyjne w stosunku do głównej strefy wzniesienia. Jednak biali palacze odpowiadają głównie zanikającym stadiom takich pól hydrotermalnych, ponieważ magmowe źródła ciepła stopniowo oddalają się od źródła (z powodu krystalizacji magmy), a płyny hydrotermalne stają się zdominowane przez wodę morską zamiast wody magmowej. Płyny mineralizujące z tego typu ubytków są bogate w wapń i tworzą głównie siarczany (tj. baryt i anhydryt ) i węglany depozyty.
Biologia kominów hydrotermalnych
Życie było tradycyjnie postrzegane jako napędzane energią słoneczną, ale organizmy głębinowe nie mają dostępu do światła słonecznego, więc społeczności biologiczne wokół kominów hydrotermalnych muszą być uzależnione od składników odżywczych znajdujących się w pyłowych złożach chemicznych i płynach hydrotermalnych, w których żyją. Wcześniej bentosowi zakładali, że organizmy wentylacyjne są uzależnione od śniegu morskiego , podobnie jak organizmy głębinowe. To uzależniłoby je od życia roślin, a tym samym od słońca. Niektóre organizmy z kominów hydrotermalnych zjadają ten „deszcz”, ale tylko przy takim systemie formy życia byłyby rzadkie. Jednak w porównaniu z otaczającym dnem morskim, strefy kominów hydrotermalnych mają gęstość organizmów od 10 000 do 100 000 razy większą. Organizmy te obejmują kraby yeti, które mają długie owłosione ramiona, którymi sięgają przez otwór wentylacyjny, aby zbierać pożywienie. [ potrzebne źródło ]
Kominy hydrotermalne są uznawane za rodzaj ekosystemów opartych na chemosyntetyce (CBE), w których podstawowa produktywność jest napędzana związkami chemicznymi jako źródłami energii zamiast światła ( chemoautotrofia ). Społeczności kominów hydrotermalnych są w stanie utrzymać tak ogromne ilości życia, ponieważ organizmy wentylacyjne są zależne od bakterii chemosyntetycznych jako pożywienia. Woda z komina hydrotermalnego jest bogata w rozpuszczone minerały i wspiera dużą populację bakterii chemoautotroficznych. Bakterie te wykorzystują związki siarki, zwłaszcza siarkowodór , substancję chemiczną wysoce toksyczną dla większości znanych organizmów, do produkcji materiału organicznego w procesie chemosynteza .
Wpływ kominów na środowisko życia wykracza poza organizmy żyjące wokół nich, ponieważ są one znaczącym źródłem żelaza w oceanach, dostarczając żelazo dla fitoplanktonu.
Społeczności biologiczne
Utworzony w ten sposób ekosystem jest zależny od ciągłego istnienia pola kominów hydrotermalnych jako podstawowego źródła energii, co różni się od większości form życia na powierzchni Ziemi, które opierają się na energii słonecznej . Jednakże, chociaż często mówi się, że społeczności te istnieją niezależnie od słońca, niektóre organizmy są w rzeczywistości zależne od tlenu wytwarzanego przez organizmy fotosyntetyzujące, podczas gdy inne są beztlenowe .
Bakterie chemosyntetyczne rosną w grubą matę, która przyciąga inne organizmy, takie jak obunogi i widłonogi , które pasą się bezpośrednio na bakteriach. Większe organizmy, takie jak ślimaki, krewetki, kraby, rurki , ryby (zwłaszcza węgorz , węgorz łososiowaty , ophidiiforms i Symphurus thermophilus ) oraz ośmiornice (zwłaszcza Vulcanoctopus hydrothermalis ) tworzą łańcuch pokarmowy relacji drapieżnik-ofiara ponad głównymi konsumentami. Główne rodziny organizmów występujących wokół otworów wentylacyjnych dna morskiego to pierścienice , pogonofory , ślimaki i skorupiaki, z dużymi małżami , robakami vestimentiferan i krewetkami „bezokimi” stanowiącymi większość organizmów niedrobnoustrojowych. [ potrzebne źródło ]
Siboglinid tube worms , które mogą dorastać do ponad 2 m (6,6 stopy) wysokości u największych gatunków, często stanowią ważną część społeczności wokół komina hydrotermalnego. Nie mają jamy ustnej ani przewodu pokarmowego i podobnie jak robaki pasożytnicze wchłaniają składniki odżywcze wytwarzane przez bakterie w ich tkankach. Około 285 miliardów bakterii znajduje się na uncję tkanki tubylca. Tubeworms mają czerwone pióropusze, które zawierają hemoglobinę . Hemoglobina łączy się z siarkowodorem i przenosi go do bakterii żyjących wewnątrz robaka. W zamian bakterie odżywiają robaka związkami węgla. Dwa gatunki zamieszkujące komin hydrotermalny to Tevnia jerichonana i Riftia pachyptila . Jedna odkryta społeczność, nazwana „ Eel City ”, składa się głównie z węgorza Dysommina rugosa . Chociaż węgorze nie są rzadkością, bezkręgowce zazwyczaj dominują w kominach hydrotermalnych. Eel City znajduje się w pobliżu stożka wulkanicznego Nafanua , Samoa Amerykańskie .
W 1993 roku w kominach hydrotermalnych występowało już ponad 100 gatunków ślimaków. W kominach hydrotermalnych odkryto ponad 300 nowych gatunków, z których wiele jest „gatunkami siostrzanymi” innych występujących w geograficznie oddzielonych obszarach kominów. Zaproponowano, że zanim płyta północnoamerykańska pokonała grzbiet środkowego oceanu , we wschodnim Pacyfiku znaleziono jeden region biogeograficzny. Kolejna bariera w podróżowaniu zapoczątkowała ewolucyjną dywergencję gatunków w różnych lokalizacjach. Przykłady zbieżnej ewolucji widoczne między różnymi kominami hydrotermalnymi są postrzegane jako główne wsparcie dla teorii doboru naturalnego i ewolucji jako całości.
Chociaż życie na tych głębokościach jest bardzo rzadkie, czarne palacze są centrami całych ekosystemów . Światło słoneczne nie istnieje, więc wiele organizmów, takich jak archeony i ekstremofile , przekształca ciepło, metan i związki siarki dostarczane przez czarnych palaczy w energię w procesie zwanym chemosyntezą . Bardziej złożone formy życia, takie jak małże i tubewormy , żywią się tymi organizmami. Organizmy u podstawy łańcucha pokarmowego osadzają również minerały w podstawie czarnego palacza, kończąc w ten sposób cykl życiowy .
Gatunek bakterii fototroficznej został znaleziony żyjący w pobliżu czarnego palacza u wybrzeży Meksyku na głębokości 2500 m (8200 stóp). Żadne światło słoneczne nie przenika tak głęboko do wód. Zamiast tego bakterie należące do Chlorobiaceae wykorzystują słabą poświatę czarnego palacza do fotosyntezy . Jest to pierwszy organizm odkryty w naturze, który do fotosyntezy wykorzystuje wyłącznie światło inne niż światło słoneczne.
W sąsiedztwie czarnych palaczy nieustannie odkrywane są nowe i niezwykłe gatunki. Robak pompejański Alvinella pompejana , który jest w stanie wytrzymać temperatury do 80 ° C (176 ° F), został znaleziony w latach 80. XX wieku, a łuskowaty ślimak Chrysomallon squamiferum w 2001 r . pole wentylacyjne. Ten ostatni wykorzystuje siarczki żelaza ( piryt i greigit) do budowy sklerytów skórnych (stwardniałych części ciała), zamiast węglanu wapnia . Uważa się , że ekstremalne ciśnienie 2500 m wody (około 25 megapaskali lub 250 atmosfer ) odgrywa rolę w stabilizacji siarczku żelaza do celów biologicznych. Ten pancerz prawdopodobnie służy jako obrona przed jadowitymi radulami (zębami) drapieżnych ślimaków w tej społeczności.
W marcu 2017 r. naukowcy zgłosili dowody na istnienie prawdopodobnie najstarszych form życia na Ziemi . Domniemane skamieniałe mikroorganizmy odkryto w osadach hydrotermalnych w pasie Nuvvuagittuq w prowincji Quebec w Kanadzie , które mogły żyć już 4,280 miliarda lat temu , niedługo po uformowaniu się oceanów 4,4 miliarda lat temu i niedługo po uformowaniu się Ziemi 4,54 miliarda lat temu.
Symbioza zwierzęco-bakteryjna
Ekosystemy kominów hydrotermalnych mają ogromną biomasę i produktywność, ale opiera się to na symbiotycznych związkach, które wyewoluowały w otworach wentylacyjnych. Ekosystemy głębinowych kominów hydrotermalnych różnią się od ich odpowiedników hydrotermalnych w wodach płytkich i lądowych ze względu na symbiozę, jaka zachodzi między żywicielami makrobezkręgowców i chemoautotroficznymi symbiontami drobnoustrojów w tych pierwszych. Ponieważ światło słoneczne nie dociera do głębinowych kominów hydrotermalnych, organizmy w głębinowych kominach hydrotermalnych nie mogą uzyskiwać energii ze słońca do przeprowadzenia fotosyntezy. Zamiast tego życie drobnoustrojów występujące w kominach hydrotermalnych jest chemosyntetyczne; wiążą węgiel, wykorzystując energię z chemikaliów, takich jak siarczki, w przeciwieństwie do energii świetlnej ze słońca. Innymi słowy, symbiont przekształca cząsteczki nieorganiczne (H 2 S, CO 2 , O) do cząsteczek organicznych, które gospodarz wykorzystuje jako pożywienie. Jednak siarczek jest niezwykle toksyczną substancją dla większości form życia na Ziemi. Z tego powodu naukowcy byli zdumieni, gdy po raz pierwszy odkryli tętniące życiem kominy hydrotermalne w 1977 roku. Odkryto wszechobecną symbiozę chemoautotrofów żyjących (endosymbioza) w skrzelach zwierząt wentylacyjnych; powód, dla którego życie wielokomórkowe jest w stanie przetrwać toksyczność systemów wentylacyjnych. Dlatego naukowcy badają teraz, w jaki sposób mikrobiologiczne symbionty pomagają w detoksykacji siarczków (tym samym umożliwiając gospodarzowi przetrwanie w toksycznych warunkach). Pracować nad mikrobiomu pokazuje, że mikrobiomy związane z żywicielem są również ważne w rozwoju żywiciela, odżywianiu, obronie przed drapieżnikami i detoksykacji. W zamian gospodarz dostarcza symbiontowi substancji chemicznych potrzebnych do chemosyntezy, takich jak węgiel, siarczek i tlen. [ potrzebne źródło ]
Na wczesnych etapach badania życia w kominach hydrotermalnych istniały różne teorie dotyczące mechanizmów, dzięki którym organizmy wielokomórkowe były w stanie pozyskiwać składniki odżywcze z tych środowisk i jak były w stanie przetrwać w tak ekstremalnych warunkach. W 1977 roku postawiono hipotezę, że bakterie chemoautotroficzne w kominach hydrotermalnych mogą być odpowiedzialne za udział w diecie małży żywiących się zawiesiną.
Wreszcie, w 1981 roku, zrozumiano, że nabywanie pokarmu przez tubylców olbrzymich nastąpiło w wyniku chemoautotroficznych bakteryjnych endosymbiontów. Ponieważ naukowcy kontynuowali badania życia w kominach hydrotermalnych, zrozumiano, że symbiotyczne związki między chemoautotrofami a gatunkami bezkręgowców makrofauny są wszechobecne. Na przykład w 1983 r. Potwierdzono, że tkanka skrzelowa małży zawiera endosymbionty bakteryjne; w 1984 r. stwierdzono również, że omułki batymodiolidowe i małże pęcherzykowate są nosicielami endosymbiontów.
Jednak mechanizmy, dzięki którym organizmy nabywają swoje symbionty, różnią się, podobnie jak relacje metaboliczne. Na przykład tubewormy nie mają ust ani jelit, ale mają „trofosom”, w którym zajmują się odżywianiem i gdzie znajdują się ich endosymbionty. Mają też jaskrawoczerwony pióropusz, którego używają do pobierania związków takich jak O, H2S i CO2 , które odżywiają endosymbionty w ich trofosomach. Co ciekawe, hemoglobina tubylców (która, nawiasem mówiąc, jest przyczyną jaskrawoczerwonego koloru pióropusza) jest zdolna do przenoszenia tlenu bez ingerencji lub hamowania przez siarczki, pomimo faktu, że tlen i siarczki są zazwyczaj bardzo reaktywne. W 2005 roku odkryto, że jest to możliwe dzięki jonom cynku, które wiążą siarkowodór w hemoglobinie tubewormów, zapobiegając w ten sposób reakcji siarczku z tlenem. Zmniejsza również ekspozycję tkanki tubylców na siarczek i dostarcza bakteriom siarczek do przeprowadzenia chemoautotrofii. Odkryto również, że tubewormy mogą metabolizować CO 2 na dwa różne sposoby i może przełączać się między nimi w razie potrzeby, gdy zmieniają się warunki środowiskowe.
W 1988 roku badania potwierdziły bakterie tiotroficzne (utleniające siarczki) u Alvinochonca hessleri , dużego mięczaka wentylacyjnego. Aby obejść toksyczność siarczku, małże najpierw przekształcają go w tiosiarczan, zanim przeniosą go do symbiontów. W przypadku organizmów ruchliwych, takich jak krewetki alvinocarid, muszą one śledzić środowiska tlenowe (bogate w tlen) / beztlenowe (ubogie w tlen), gdy zmieniają się one w środowisku. [ potrzebne źródło ]
Organizmy żyjące na skraju pól kominów hydrotermalnych, takie jak przegrzebki pektynidów, również przenoszą endosymbionty w swoich skrzelach, w wyniku czego ich gęstość bakteryjna jest niska w porównaniu z organizmami żyjącymi bliżej otworu wentylacyjnego. Jednak zależność muszelek od mikrobiologicznego endosymbiontu w celu uzyskania ich pożywienia jest zatem również zmniejszona. [ potrzebne źródło ]
Ponadto nie wszystkie zwierzęta-gospodarze mają endosymbionty; niektóre mają episymbionty - symbionty żyjące na zwierzęciu, a nie wewnątrz zwierzęcia. Krewetki znalezione w otworach wentylacyjnych w Grzbiecie Środkowoatlantyckim były kiedyś uważane za wyjątek od konieczności symbiozy dla przetrwania makrobezkręgowców w otworach wentylacyjnych. Zmieniło się to w 1988 roku, kiedy odkryto, że przenoszą episymbionty. Od tego czasu stwierdzono, że inne organizmy w otworach wentylacyjnych również przenoszą episymbionty, takie jak Lepetodrilis fucensis.
Ponadto, podczas gdy niektóre symbionty redukują związki siarki, inne są znane jako „metanotrofy” i redukują związki węgla, a mianowicie metan. Przykładem żywiciela zawierającego metanotroficzne endosymbionty są małże batmodiolidowe; jednak te ostatnie występują głównie w zimnych wyciekach, w przeciwieństwie do kominów hydrotermalnych. [ potrzebne źródło ]
Podczas gdy chemosynteza zachodząca w głębokim oceanie pozwala organizmom żyć bez światła słonecznego w bezpośrednim tego słowa znaczeniu, technicznie nadal polegają one na słońcu, aby przetrwać, ponieważ tlen w oceanie jest produktem ubocznym fotosyntezy. Gdyby jednak słońce nagle zniknęło, a fotosynteza przestała zachodzić na naszej planecie, życie w głębinowych kominach hydrotermalnych mogłoby trwać przez tysiąclecia (do wyczerpania tlenu). [ potrzebne źródło ]
Teoria hydrotermalnego pochodzenia życia
Dynamika chemiczna i termiczna w kominach hydrotermalnych sprawia, że takie środowiska są wysoce odpowiednie termodynamicznie do zachodzących procesów ewolucji chemicznej. Dlatego strumień energii cieplnej jest czynnikiem stałym i przypuszcza się, że przyczynił się do ewolucji planety, w tym chemii prebiotycznej.
Günter Wächtershäuser zaproponował teorię świata żelazowo-siarkowego i zasugerował, że życie mogło powstać w kominach hydrotermalnych. Wächtershäuser zaproponował, że wczesna forma metabolizmu była starsza niż genetyka. Przez metabolizm miał na myśli cykl reakcji chemicznych, które uwalniają energię w formie, którą można wykorzystać w innych procesach.
Zaproponowano, że synteza aminokwasów mogła zachodzić głęboko w skorupie ziemskiej i że te aminokwasy zostały następnie wystrzelone wraz z płynami hydrotermalnymi do chłodniejszych wód, gdzie niższe temperatury i obecność minerałów ilastych sprzyjałyby tworzeniu się peptydów i protokomórki . Jest to atrakcyjna hipoteza ze względu na obfitość CH 4 ( metan ) i NH 3 ( amoniak ) obecne w regionach kominów hydrotermalnych, czyli warunków, których nie zapewniała prymitywna atmosfera ziemska. Głównym ograniczeniem tej hipotezy jest brak stabilności cząsteczek organicznych w wysokich temperaturach, ale niektórzy sugerują, że życie mogło powstać poza strefami o najwyższej temperaturze. Istnieje wiele gatunków ekstremofili i innych organizmów żyjących obecnie bezpośrednio wokół kominów głębinowych, co sugeruje, że jest to rzeczywiście możliwy scenariusz. [ potrzebne źródło ]
Badania eksperymentalne i modelowanie komputerowe wskazują, że powierzchnie cząstek mineralnych wewnątrz kominów hydrotermalnych mają właściwości katalityczne podobne do enzymów i są w stanie tworzyć proste cząsteczki organiczne, takie jak metanol (CH 3 OH) i kwas mrówkowy ( HCO 2 H ), z rozpuszczonego w wodzie CO2 .
Uważa się, że alkaliczne kominy hydrotermalne (biały palacze) mogą być bardziej odpowiednie dla wyłaniającego się życia niż czarne palacze ze względu na ich warunki pH.
Jednak ten pogląd na głębinowe kominy hydrotermalne jako idealne środowisko jest kontrowersyjny, ponieważ w tych środowiskach nie występują cykle mokre-suchy i ekspozycja na światło UV, które sprzyjają tworzeniu się błoniastych pęcherzyków i syntezie wielu biomolekuł. Stężenia jonowe kominów hydrotermalnych różnią się od płynów wewnątrzkomórkowych przez większość życia. Zamiast tego zasugerowali, że lądowe środowiska słodkowodne z większym prawdopodobieństwem będą idealnym środowiskiem do tworzenia wczesnych komórek. Tymczasem zwolennicy hipotezy głębinowych kominów hydrotermalnych sugerują, że żele mineralne lub wnęki mineralne są alternatywnym przedziałem dla biomolekuł, a także katalitycznymi przedziałami Fe (Ni) S.
W biochemii reakcje z CO 2 i H 2 wytwarzają prekursory biomolekuł, które są również wytwarzane ze szlaku acetylo-CoA i cyklu Krebsa, co wspierałoby powstanie życia w alkalicznych kominach głębinowych. Fosforan acetylu wytwarzany w reakcjach fosforylowałby ADP do ATP. Wysokie stężenie potasu w większości form życia można łatwo wyjaśnić, że protokomórki mogły mieć antyportery sodowo-wodorowe. Gdyby komórki powstały w tych środowiskach, byłyby autotrofami ze szlakiem Wooda-Ljungdahla, a fermentacje aminokwasów pojawiłyby się przy niskim poziomie H2 ciśnień cząstkowych, z których wówczas powstałyby heterotrofy.
Głęboko gorąca biosfera
Na początku swojej pracy z 1992 roku The Deep Hot Biosphere Thomas Gold odniósł się do otworów oceanicznych na poparcie swojej teorii , że niższe poziomy ziemi są bogate w żywy materiał biologiczny, który trafia na powierzchnię. Rozszerzył swoje idee w książce The Deep Hot Biosphere .
Artykuł na temat abiogenicznej produkcji węglowodorów w czasopiśmie Science z lutego 2008 roku wykorzystał dane z eksperymentów na polu hydrotermalnym Lost City, aby opisać, w jaki sposób abiotyczna synteza węglowodorów o niskiej masie cząsteczkowej z dwutlenku węgla pochodzącego z płaszcza może zachodzić w obecności ultramaficznych skał, wody i umiarkowane ilości ciepła.
Odkrywanie i eksploracja
W 1949 roku badanie głębinowe wykazało anomalnie gorące solanki w środkowej części Morza Czerwonego . Późniejsze prace w latach 60. XX wieku potwierdziły obecność gorących, 60 ° C (140 ° F), solanek i związanych z nimi mułów zawierających metale. Gorące roztwory wydobywały się z czynnej szczeliny pod dnem morskim . Silnie zasolony charakter wód nie sprzyjał żywym organizmom. Solanki i związane z nimi muły są obecnie badane jako źródło nadających się do wydobycia metali szlachetnych i nieszlachetnych.
W czerwcu 1976 roku naukowcy z Scripps Institution of Oceanography uzyskali pierwsze dowody na istnienie podwodnych kominów hydrotermalnych wzdłuż szczeliny Galapagos, ostrogi Wschodniego Pacyfiku , podczas ekspedycji Pleiades II , używając systemu obrazowania dna morskiego Deep-Tow. W 1977 roku naukowcy z Scripps Institution of Oceanography opublikowali pierwsze prace naukowe na temat kominów hydrotermalnych ; naukowiec Peter Lonsdale opublikował zdjęcia zrobione z głęboko holowanych aparatów oraz doktorantka Kathleen Crane opublikowane mapy i dane dotyczące anomalii temperaturowych. Transpondery zostały rozmieszczone w miejscu, które otrzymało przydomek „Clam-bake”, aby umożliwić ekspedycji powrót w następnym roku w celu bezpośrednich obserwacji z DSV Alvin .
Ekosystemy chemosyntetyczne otaczające podwodne kominy hydrotermalne Galapagos Rift zostały po raz pierwszy bezpośrednio zaobserwowane w 1977 r., Kiedy grupa geologów morskich finansowana przez National Science Foundation powróciła na miejsca Clambake. Głównym badaczem podwodnych badań był Jack Corliss z Oregon State University . Corliss i Tjeerd van Andel z Uniwersytetu Stanforda obserwowali i pobierali próbki otworów wentylacyjnych i ich ekosystemu 17 lutego 1977 r . Instytut Oceanograficzny Woods Hole (WHOI). Inni naukowcy biorący udział w rejsie badawczym to Richard (Dick) Von Herzen i Robert Ballard z WHOI, Jack Dymond i Louis Gordon z Oregon State University, John Edmond i Tanya Atwater z Massachusetts Institute of Technology , Dave Williams z US Geological Survey oraz Kathleen Crane z Scripps Institution of Oceanography . Zespół ten opublikował swoje obserwacje otworów wentylacyjnych, organizmów i składu płynów wentylacyjnych w czasopiśmie Science. W 1979 roku zespół biologów kierowany przez J. Fredericka Grassle'a z WHOI powrócił w to samo miejsce, aby zbadać zbiorowiska biologiczne odkryte dwa lata wcześniej.
Wysokotemperaturowe kominy hydrotermalne, „czarne palacze”, zostały odkryte wiosną 1979 roku przez zespół z Scripps Institution of Oceanography przy użyciu zanurzalnego statku Alvin . Ekspedycja RISE zbadała wzrost wschodniego Pacyfiku na 21° N w celu przetestowania geofizycznego mapowania dna morskiego za pomocą Alvina i znalezienia innego pola hydrotermalnego poza otworami wentylacyjnymi Galapagos Rift. Wyprawę prowadzili Fred Spiess i Ken Macdonald i obejmował uczestników z USA, Meksyku i Francji. Region nurkowy został wybrany na podstawie odkrycia kopców minerałów siarczkowych na dnie morskim przez francuską ekspedycję CYAMEX w 1978 r. Przed operacjami nurkowymi członek ekspedycji Robert Ballard zlokalizował anomalie temperatury wody przy dnie za pomocą głęboko holowanego zestawu instrumentów. Pierwsze nurkowanie było ukierunkowane na jedną z tych anomalii. W Niedzielę Wielkanocną 15 kwietnia 1979 roku podczas nurkowania Alvina na 2600 metrów Roger Larson i Bruce Luyendyk znaleźli hydrotermalne pole wentylacyjne ze społecznością biologiczną podobną do kominów Galapagos. Podczas kolejnego nurkowania 21 kwietnia William Normark i Thierry Juteau odkryli otwory wysokotemperaturowe emitujące strumienie czarnych cząstek mineralnych z kominów; czarnych palaczy. Po tym Macdonald i Jim Aiken zamontowali sondę temperatury do Alvina do pomiaru temperatury wody w czarnych otworach wędzarniczych. Zaobserwowano wówczas najwyższe temperatury odnotowane w głębinowych kominach hydrotermalnych (380 ± 30 ° C). Analiza materiału z czarnego palacza i kominów, które je zasilały, ujawniła, że osady siarczku żelaza są powszechnymi minerałami w „dymie” i ścianach kominów.
W 2005 roku Neptune Resources NL, firma zajmująca się poszukiwaniem minerałów, złożyła wniosek i otrzymała prawa do poszukiwań 35 000 km 2 nad łukiem Kermadec w wyłącznej strefie ekonomicznej Nowej Zelandii w celu poszukiwania ogromnych złóż siarczków na dnie morskim , potencjalnego nowego źródła ołowiu - siarczki cynkowo - miedziowe powstające z nowoczesnych pól hydrotermalnych. Odkrycie otworu wentylacyjnego na Oceanie Spokojnym u wybrzeży Kostaryki , nazwanego polem komina hydrotermalnego Medusa (na cześć Meduzy o włosach węża mitologii greckiej ), ogłoszono w kwietniu 2007 roku. Pole hydrotermalne Aszadze (13°N na Grzbiecie Środkowoatlantyckim, wysokość -4200 m) było najgłębszym znanym wysokotemperaturowym polem hydrotermalnym do 2010 roku, kiedy to pióropusz hydrotermalny wydobywający się z Miejsce pszczół ( , wysokość -5000 m) zostało odkryte przez grupę naukowców z NASA Jet Propulsion Laboratory i Woods Hole Oceanographic Institution . To miejsce znajduje się na 110-kilometrowym, ultrawolno rozprzestrzeniającym się wzniesieniu Mid-Cayman Rise w obrębie koryta Kajmanów . Na początku 2013 roku odkryto najgłębsze znane kominy hydrotermalne Morze Karaibskie na głębokości prawie 5000 metrów (16 000 stóp).
Oceanografowie badają wulkany i kominy hydrotermalne grzbietu środkowego oceanu Juan de Fuca , gdzie płyty tektoniczne oddalają się od siebie.
Kominy hydrotermalne i inne manifestacje geotermalne są obecnie badane w Bahía de Concepción, Baja California Sur, Meksyk.
Dystrybucja
Kominy hydrotermalne są rozmieszczone wzdłuż granic płyt ziemskich, chociaż można je również znaleźć w miejscach wewnątrz płyt, takich jak gorące wulkany. W 2009 roku istniało około 500 znanych aktywnych podwodnych pól hydrotermalnych, z których około połowę obserwowano wizualnie na dnie morskim, a drugą połowę podejrzewano na podstawie wskaźników słupa wody i / lub osadów dna morskiego. Biuro programu InterRidge prowadzi globalną bazę danych lokalizacji znanych aktywnych podmorskich pól hydrotermalnych .
Rogersa i in. (2012) rozpoznali co najmniej 11 biogeograficznych prowincji systemów kominów hydrotermalnych:
- Grzbiet Środkowoatlantycki ,
- prowincja East Scotia Ridge ,
- północna prowincja East Pacific Rise ,
- środkowa prowincja East Pacific Rise,
- południowa prowincja East Pacific Rise,
- na południe od Mikropłytki Wielkanocnej ,
- prowincja Oceanu Indyjskiego,
- cztery prowincje na zachodnim Pacyfiku i wiele innych.
Eksploatacja
W niektórych przypadkach kominy hydrotermalne doprowadziły do powstania nadających się do eksploatacji zasobów mineralnych poprzez osadzanie się masywnych złóż siarczków na dnie morskim . Doskonałym przykładem jest złoże Mount Isa znajdujące się w Queensland w Australii . Wiele kominów hydrotermalnych jest bogatych w kobalt , złoto , miedź i metale ziem rzadkich , niezbędne do budowy elementów elektronicznych. Uważa się , że wentylacja hydrotermalna na morskim archeanu utworzyła typ Algoma pasmowe formacje żelaza , które były źródłem rudy żelaza .
Ostatnio firmy zajmujące się poszukiwaniem minerałów, napędzane wzrostem cen w sektorze metali nieszlachetnych w połowie 2000 roku, zwróciły swoją uwagę na wydobycie zasobów mineralnych z pól hydrotermalnych na dnie morskim. Teoretycznie możliwe są znaczące redukcje kosztów.
W krajach takich jak Japonia , gdzie zasoby mineralne pochodzą głównie z importu międzynarodowego, istnieje szczególny nacisk na wydobycie zasobów mineralnych z dna morskiego. Pierwsze na świecie wydobycie na dużą skalę złóż mineralnych z kominów hydrotermalnych zostało przeprowadzone przez Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC) w sierpniu - wrześniu 2017 r. JOGMEC przeprowadził tę operację przy użyciu statku badawczego Hakurei . Wydobycie to prowadzono na polu wentylacyjnym „Izena hole / cauldron” w hydrotermalnie aktywnym basenie wstecznym znanym jako Rynna Okinawa który zawiera 15 potwierdzonych pól wentylacyjnych zgodnie z bazą danych InterRidge Vents.
Dwie firmy są obecnie zaangażowane w późne etapy rozpoczęcia wydobywania masywnych siarczków (SMS) z dna morskiego. Nautilus Minerals jest na zaawansowanym etapie rozpoczynania wydobycia ze swojego złoża Solwarra w Archipelagu Bismarcka , a Neptune Minerals jest na wcześniejszym etapie ze swoim złożem Rumble II West, zlokalizowanym na Łuku Kermadec , w pobliżu Wysp Kermadec . Obie firmy proponują wykorzystanie zmodyfikowanej istniejącej technologii. Nautilus Minerals we współpracy z Placer Dome (obecnie część Barrick Gold ), udało się w 2006 roku przywrócić ponad 10 ton metrycznych wydobytego SMS-a na powierzchnię za pomocą zmodyfikowanych przecinarek bębnowych zamontowanych na ROV, jako pierwsza na świecie. Neptune Minerals w 2007 roku udało się odzyskać próbki osadów SMS przy użyciu zmodyfikowanej pompy ssącej przemysłu naftowego zamontowanej na zdalnie sterowanym pojeździe, również jako pierwsza na świecie.
Potencjalne wydobycie dna morskiego ma wpływ na środowisko, w tym smugi pyłu z maszyn górniczych, które wpływają na organizmy odżywiające się filtrami, zapadanie się lub ponowne otwieranie otworów wentylacyjnych, uwalnianie klatratów metanu , a nawet podoceaniczne osuwanie się lądu.
Istnieją również potencjalne skutki środowiskowe narzędzi potrzebnych do wydobywania tych ekosystemów kominów hydrotermalnych; w tym zanieczyszczenie hałasem i światło antropogeniczne. Eksploatacja systemu wentylacji hydrotermalnej wymagałaby użycia obu zanurzonych narzędzi górniczych na dnie morskim, w tym zdalnie sterowanych pojazdów podwodnych (ROV), a także jednostki wsparcia powierzchniowego na powierzchni oceanu. Nieuchronnie w wyniku działania tych maszyn powstanie pewien poziom hałasu, co stanowi problem dla organizmów z kominów hydrotermalnych, ponieważ znajdują się one do 12 000 stóp pod powierzchnią oceanu, słysząc bardzo mało dźwięku. W wyniku tego organizmy te ewoluowały, aby mieć bardzo wrażliwe narządy słuchu, więc jeśli nastąpi nagły wzrost hałasu, na przykład wytwarzany przez maszyny górnicze, istnieje możliwość uszkodzenia tych narządów słuchowych i organizmów wentylacyjnych. Należy również wziąć pod uwagę, że wiele badań było w stanie wykazać, że duży procent bentosu organizmy komunikują się za pomocą dźwięków o bardzo niskiej częstotliwości; dlatego zwiększenie poziomu hałasu otoczenia na dnie morskim może potencjalnie maskować komunikację między organizmami i zmieniać wzorce zachowań. Podobnie jak narzędzia do wydobywania SMS-ów z głębin morskich powodują zanieczyszczenie hałasem, tworzą one również antropogeniczne źródła światła na dnie morskim (z narzędzi górniczych) i na powierzchni oceanu (z powierzchniowych statków pomocniczych). Organizmy w tych hydrotermalnych systemach wentylacyjnych znajdują się w strefie afotycznej oceanu i przystosowały się do warunków bardzo słabego oświetlenia. Badania na krewetkach głębinowych wykazały, że światła powodziowe używane na dnie morskim, używane do badania systemów wentylacyjnych, mogą powodować trwałe uszkodzenie siatkówki; uzasadniające dalsze badania nad potencjalnym zagrożeniem dla innych organizmów wentylacyjnych. Oprócz ryzyka stwarzanego dla organizmów głębinowych, statki wsparcia powierzchniowego wykorzystują nocny tryb antropogeniczny oświetlenie. Badania wykazały, że tego typu oświetlenie na powierzchni oceanu może dezorientować ptaki morskie i powodować opad; gdzie lecą w kierunku światła antropogenicznego i wyczerpują się lub zderzają się z przedmiotami stworzonymi przez człowieka, powodując obrażenia lub śmierć. Przy ocenie wpływu na środowisko wydobycia z kominów hydrotermalnych należy wziąć pod uwagę zarówno organizmy wodne, jak i lądowe.
Istnieją trzy procesy związane z odpadami wydobywczymi, znane jako uwalnianie osadów z przypadku bocznego, proces odwadniania oraz przemieszczanie lub wzburzenie osadów, których można się spodziewać w przypadku procesów wydobywczych głębinowych i które mogą skutkować nagromadzeniem pióropusza lub chmury osadu, co może prowadzić do istotne implikacje dla środowiska. Uwalnianie osadów z odlewu bocznego to proces, który miałby miejsce na dnie morskim i obejmowałby przemieszczanie materiału na dnie morskim przez zanurzone pojazdy zdalnie sterowane (ROV) i najprawdopodobniej przyczyniłby się do powstania smugi osadów na dnie morskim. Idea uwalniania odlewu bocznego polega na tym, że ROV odrzucałyby bezcenny ekonomicznie materiał na bok celownika górniczego przed przetransportowaniem materiału siarczkowego do statku podtrzymującego na powierzchni. Celem tego procesu jest zmniejszenie ilości materiału przenoszonego na powierzchnię i zminimalizowanie przenoszenia na ląd. Proces odwadniania jest procesem związanym z odpadami wydobywczymi, który najprawdopodobniej przyczyniłby się do powstania smugi osadów z powierzchni. Sposób unieszkodliwiania odpadów kopalnianych powoduje uwolnienie wody z pokładu statku, która mogła zostać pozyskana podczas wydobycia i transportu materiału z dna morskiego na powierzchnię. Trzecim wkładem w tworzenie się pióropusza lub chmury osadu byłoby wzburzenie i uwolnienie osadu. Ten udział odpadów wydobywczych jest głównie związany z działalnością wydobywczą na dnie morskim, związaną z ruchem pojazdów zdalnie sterowanych (ROV) i destrukcyjnym naruszeniem dna morskiego w ramach samego procesu wydobywczego.
Dwa główne problemy środowiskowe wynikające z tych procesów wydobycia odpadów, które przyczyniają się do powstawania smug osadowych, to uwalnianie metali ciężkich i zwiększone ilości uwalnianych osadów. Uwalnianie metali ciężkich związane jest głównie z procesem odwadniania, który miałby miejsce na pokładzie statku na powierzchni wody. Głównym problemem związanym z odwadnianiem jest nie tylko uwalnianie wody morskiej z powrotem do słupa wody. Metale ciężkie, takie jak miedź i kobalt, które pochodzą z materiału wydobytego z dna morskiego, są również mieszane z wodą uwalnianą do słupa wody. Pierwszym problemem środowiskowym związanym z uwalnianiem metali ciężkich jest to, że może to zmienić chemię oceanów w tym zlokalizowanym obszarze słupa wody. Druga obawa dotyczyłaby tego, że niektóre metale ciężkie, które mogłyby zostać uwolnione, mogą mieć pewną toksyczność nie tylko dla organizmów zamieszkujących ten obszar, ale także dla organizmów przechodzących przez teren kopalni. Obawy związane ze zwiększonym uwalnianiem osadów są związane głównie z dwoma pozostałymi procesami związanymi z odpadami wydobywczymi, osadami bocznymi i zaburzeniami osadów dna morskiego. Głównym problemem środowiskowym byłoby stłumienie organizmów poniżej w wyniku redystrybucji dużych ilości osadów na inne obszary dna morskiego, co mogłoby potencjalnie zagrozić populacji organizmów zamieszkujących ten obszar. Redystrybucja dużych ilości osadów może również wpływać na procesy żerowania i wymiany gazowej między organizmami, co również stanowi poważne zagrożenie dla populacji. Wreszcie procesy te mogą również zwiększyć tempo sedymentacji na dnie morskim, co daje przewidywane minimum 500 m na każde 1-10 km.
Obie wyżej wymienione firmy wykonują obecnie wiele pracy, aby upewnić się, że potencjalny wpływ wydobycia dna morskiego na środowisko jest dobrze zrozumiany i że wdrożono środki kontrolne przed rozpoczęciem eksploatacji. Jednak proces ten został prawdopodobnie utrudniony przez nieproporcjonalny rozkład wysiłków badawczych między ekosystemami otworów wentylacyjnych: najlepiej zbadane i poznane ekosystemy kominów hydrotermalnych nie są reprezentatywne dla tych, które są przeznaczone do wydobycia.
W przeszłości podejmowano próby wydobywania minerałów z dna morskiego. Lata sześćdziesiąte i siedemdziesiąte przyniosły wiele działań (i wydatków) w odzyskiwaniu guzków manganu z równin otchłani , z różnym powodzeniem. Pokazuje to jednak, że odzyskiwanie minerałów z dna morskiego jest możliwe i było możliwe od pewnego czasu. Wydobywanie konkrecji manganu posłużyło jako przykrywka dla skomplikowanej próby CIA w 1974 r. podniesienia zatopionego radzieckiego okrętu podwodnego K-129 przy użyciu Glomar Explorer , statku zbudowanego specjalnie do tego zadania przez Howarda Hughesa . Operacja była znana jako Projekt Azorian , a przykrywka historii wydobywania konkrecji manganu z dna morskiego mogła posłużyć jako bodziec do napędzania innych firm do podjęcia próby.
Ochrona
Ochrona kominów hydrotermalnych była przez ostatnie 20 lat przedmiotem niekiedy gorących dyskusji w społeczności oceanograficznej. Zwrócono uwagę, że być może tymi, którzy powodują największe szkody w tych dość rzadkich siedliskach, są naukowcy. Były próby sfałszowania porozumień w sprawie zachowania naukowców badających miejsca wentylacji, ale chociaż istnieje uzgodniony kodeks postępowania, nie ma formalnej międzynarodowej i prawnie wiążącej umowy.
Zachowanie ekosystemów kominów hydrotermalnych po fakcie wydobycia aktywnego systemu zależałoby od rekolonizacji bakterii chemosyntetycznych, a co za tym idzie kontynuacji płynu kominowego jako głównego źródła energii hydrotermalnej . Bardzo trudno jest uzyskać wyobrażenie o wpływie wydobycia na płyn hydrotermalny, ponieważ nie przeprowadzono badań na dużą skalę. Jednak przeprowadzono badania nad rekolonizacją tych ekosystemów wentylacyjnych po zniszczeniu wulkanicznym. Na ich podstawie możemy uzyskać wgląd w potencjalne skutki zniszczeń górniczych i dowiedzieli się, że ponowne skolonizowanie tego obszaru zajęło bakteriom 3-5 lat, a powrót megafauny około 10 lat. Stwierdzono również zmianę składu gatunkowego w ekosystemie w porównaniu ze stanem przed zniszczeniem oraz obecność gatunków migrujących. Chociaż potrzebne są dalsze badania nad skutkami ciągłego wydobywania SMS-ów z dna morskiego na rekolonizację gatunków.
Datowanie geochronologiczne
Powszechnymi metodami określania wieku kominów hydrotermalnych jest datowanie minerałów siarczkowych (np. pirytu ) i siarczanowych (np. barytu ). Powszechne metody datowania obejmują datowanie radiometryczne i datowanie metodą rezonansu spinowego elektronów . Różne metody randkowania mają swoje własne ograniczenia, założenia i wyzwania. Ogólne wyzwania obejmują wysoką czystość wydobytych minerałów wymaganych do datowania, przedział wiekowy każdej metody datowania, ogrzewanie powyżej temperatur zamknięcia wymazywanie wieków starszych minerałów i wielokrotne epizody formowania się minerałów skutkujące mieszanką wieków. W środowiskach z wieloma fazami minerałów , generalnie, datowanie metodą rezonansu spinowego elektronów podaje średni wiek minerału w masie, podczas gdy daty radiometryczne są przesunięte na wiek młodszych faz z powodu rozpadu macierzystych jąder . Wyjaśniają one, dlaczego różne metody mogą nadawać tej samej próbce różny wiek i dlaczego ten sam komin hydrotermalny może mieć próbki w różnym wieku.
Zobacz też
- Abiogeneza - naturalny proces, w wyniku którego życie powstaje z materii nieożywionej
- Basen solankowy - Duży obszar solanki w basenie oceanicznym
- Endeavour Hydrothermal Vents - grupa kominów hydrotermalnych na Oceanie Spokojnym
- Ekstremofile - Organizmy zdolne do życia w ekstremalnych środowiskach
- Chemosynteza siarkowodoru - system wytwarzania energii wykorzystywany w kominach hydrotermalnych
- Pole hydrotermalne Zaginionego Miasta
- Magic Mountain (Kolumbia Brytyjska) - Hydrotermalne pole wentylacyjne na Southern Explorer Ridge, na zachód od wyspy Vancouver, Kolumbia Brytyjska
- 9° Północ - Region kominów hydrotermalnych na wzniesieniu wschodniego Pacyfiku na Oceanie Spokojnym
- Pito Seamount - Seamount na Oceanie Spokojnym na północny-zachód od Wyspy Wielkanocnej
- Wulkan podmorski - Podwodne otwory wentylacyjne lub szczeliny na powierzchni Ziemi, z których może wybuchać magma
- Wulkanogenne masywne złoże rudy siarczkowej , znane również jako złoże VMS - złoże rudy siarczku metalu
Dalsza lektura
- Haymon, RM (2014). „Hydrotermalne kominy w Mid-Ocean Ridges”. Moduł referencyjny w systemach ziemskich i naukach o środowisku . doi : 10.1016/b978-0-12-409548-9.09050-3 . ISBN 978-0-12-409548-9 .
- Van Dover, CL; Humphris, SE; Fornari, D; Cavanaugh, CM; Collier, R; Goffredi, SK; Hashimoto, J.; Lilley, doktor medycyny; Reysenbach, AL; Cholewka, TM; Von Damm, KL; Banta, A; dzielny, RM; Gotz, D; zielony, D; Hall, J.; Harmer, TL; Hurtado, Luizjana; Johnson, P; McKiness, ZP; Meredith, C; Olson, E; Pan, Illinois; Rzepa, M; wygrał, Y; Młody CR, 3 miejsce; Vrijenhoek, RC (13 września 2001). „Biogeografia i środowisko ekologiczne kominów hydrotermalnych na Oceanie Indyjskim”. nauka . 294 (5543): 818–823. Bibcode : 2001Sci...294..818V . doi : 10.1126/science.1064574 . PMID 11557843 . S2CID 543841 .
- Van Dovera; Cindy Lee (2000). Ekologia głębinowych kominów hydrotermalnych . Wydawnictwo Uniwersytetu Princeton. ISBN 978-0-691-04929-8 .
- Beatty, JT; Overmann, J.; Lince, MT; Manske, AK; Lang, AS; Blankenship, RE ; Van Dover, CL; Martinson, TA; Plumley, FG (20 czerwca 2005). „Bezwzględnie fotosyntetyzujący bakteryjny beztlenowiec z głębinowego komina hydrotermalnego” . Obrady Narodowej Akademii Nauk . 102 (26): 9306–9310. Bibcode : 2005PNAS..102.9306B . doi : 10.1073/pnas.0503674102 . PMC 1166624 . PMID 15967984 .
- Glyn Ford i Jonathan Simnett, Silver from the Sea , wrzesień/październik 1982, tom 33, numer 5, Saudi Aramco World Dostęp 17 października 2005
- Ballard, Robert D., 2000, Wieczna ciemność , Princeton University Press.
- http://www.botos.com/marine/vents01.html#body_4
- Csotonyi, JT; Stackebrandt, E.; Yurkov, V. (4 lipca 2006). „Oddychanie beztlenowe na telluranie i innych metaloidach w bakteriach z hydrotermalnych pól wentylacyjnych we wschodnim Pacyfiku” . Mikrobiologia stosowana i środowiskowa . 72 (7): 4950–4956. Bibcode : 2006ApEnM..72.4950C . doi : 10.1128/AEM.00223-06 . PMC 1489322 . PMID 16820492 .
- Koschinsky, Andrea; Garbe-Schönberg, Dieter; Sander, Sylwia; Schmidt, Katja; Gennerich, Hans-Hermann; Straussa, Haralda (2008). „Odpowietrzanie hydrotermalne w warunkach ciśnieniowo-temperaturowych powyżej punktu krytycznego wody morskiej, 5 ° S na grzbiecie środkowoatlantyckim”. Geologia . 36 (8): 615. Bibcode : 2008Geo....36..615K . doi : 10.1130/G24726A.1 .
- Katarzyna Brahic (4 sierpnia 2008). „Znaleziono: najgorętsza woda na Ziemi” . Nowy naukowiec . Źródło 18 czerwca 2010 r .
Linki zewnętrzne
- Ocean Explorer (www.oceanexplorer.noaa.gov) – Publiczna witryna informacyjna dotycząca eksploracji sponsorowana przez Office of Ocean Exploration.
- Co to są kominy hydrotermalne i dlaczego są ważne? Z Instytutu Oceanograficznego Woods Hole
| Fale |
|
 
|
|---|---|---|
| Krążenie |
|
|
| Pływy | ||
| formy terenu |
|
|
| Tektonika płyt |
|
|
| Strefy oceaniczne | ||
| Poziom morza | ||
| Akustyka | ||
| Satelity | ||
| Powiązany |
|
|
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|
