Zimny ​​wyciek

Siedliska morskie
Lamellibrachia luymesi1.png
Rurociągi należą do dominujących gatunków w jednym z czterech typów zbiorowisk zimnych wycieków w Zatoce Meksykańskiej.

Zimny ​​wyciek (czasami nazywany zimnym ujściem ) to obszar dna oceanu , w którym występuje wyciek siarkowodoru , metanu i innych płynów bogatych w węglowodory , często w postaci basenu solanki . Zimno nie oznacza, że ​​temperatura wycieku jest niższa niż temperatura otaczającej wody morskiej. Wręcz przeciwnie, jego temperatura jest często nieco wyższa. „Zimno” odnosi się do bardzo ciepłych (co najmniej 60 ° C lub 140 ° F) warunków komina hydrotermalnego . Zimne wycieki stanowią biom wspierający kilka gatunków endemicznych .

Zimne wycieki tworzą z czasem wyjątkową topografię , w której reakcje między metanem a wodą morską tworzą węglanowe formacje skalne i rafy . Reakcje te mogą być również zależne od aktywności bakterii. Ikait , uwodniony węglan wapnia, może być związany z utlenianiem metanu w zimnych wyciekach.

typy

Główne artykuły: wycieki ropy naftowej § wycieki przybrzeżne , basen solankowy , dziobak (geologia) i wulkan błotny
Kratery te wyznaczają powstawanie basenów solankowych , z których sól przedostała się przez dno morskie i zaskorupiała pobliskie podłoże.

Rodzaje zimnych wycieków można rozróżnić w zależności od głębokości, jako płytkie zimne wycieki i głębokie zimne wycieki. Wycieki zimne można również szczegółowo rozróżnić w następujący sposób:

Formacja i sukcesja ekologiczna

Zimne wycieki pojawiają się nad szczelinami dna morskiego spowodowanymi aktywnością tektoniczną . Ropa i metan „wyciekają” z tych szczelin, ulegają rozproszeniu przez osady i wydostają się na obszar o szerokości kilkuset metrów.

Metan ( CH
4 ) jest głównym składnikiem tego , co powszechnie nazywamy gazem ziemnym . Ale oprócz tego, że jest ważnym źródłem energii dla ludzi, metan stanowi również podstawę ekosystemu zimnego wycieku . Zimna fauna i flora przesiąkająca poniżej 200 m (660 stóp) zazwyczaj wykazuje znacznie większą systematyczną specjalizację i zależność od chemoautotrofii niż te z głębokości półek. Osady wycieków głębinowych są bardzo niejednorodne. Podtrzymują różne geochemiczne i mikrobiologiczne, które znajdują odzwierciedlenie w złożonej mozaice siedlisk zamieszkałych przez mieszankę fauny specjalistycznej ( heterotroficznej i związanej z symbiontami) i tła.

Społeczności chemosyntetyczne

Mata bakteryjna składająca się z bakterii utleniających siarczki Beggiatoa spp. przy wycieku na Blake Ridge w Karolinie Południowej. Czerwone kropki to wiązki laserowe wykrywające odległość.

Badania biologiczne w zimnych wyciekach i kominach hydrotermalnych koncentrowały się głównie na mikrobiologii i wybitnych makro-bezkręgowcach rozwijających się na mikroorganizmach chemosyntetycznych . Znacznie mniej badań przeprowadzono na mniejszej frakcji bentosowej o wielkości meiofauny ( <1 mm).

Uporządkowane przesunięcie składu społeczności z jednego zestawu gatunków do drugiego nazywa się sukcesją ekologiczną :

Pierwszym rodzajem organizmów, które korzystają z tego głębinowego źródła energii, są bakterie . Gromadząc się w matach bakteryjnych w zimnych wyciekach, bakterie te metabolizują metan i siarkowodór (inny gaz, który wydobywa się z wycieków) w celu uzyskania energii. Ten proces uzyskiwania energii z chemikaliów jest znany jako chemosynteza .

Łożysko małży na skraju basenu solankowego

Na tym początkowym etapie, kiedy metan jest stosunkowo obfity, w pobliżu zimnego wycieku tworzą się również gęste pokłady małży . Składające się głównie z gatunków z rodzaju Bathymodiolus , małże te nie spożywają bezpośrednio pożywienia. Zamiast tego są odżywiane przez symbiotyczne , które również wytwarzają energię z metanu, podobnie jak ich krewni, którzy tworzą maty. Małże chemosyntetyczne są wybitnymi składnikami fauny zimnych wycieków i są reprezentowane w tym środowisku przez pięć rodzin: Solemyidae , Lucinidae , Vesicomyidae , Thyasiridae i Mytilidae .

Ta aktywność mikrobiologiczna wytwarza węglan wapnia , który osadza się na dnie morskim i tworzy warstwę skał. W okresie trwającym nawet kilkadziesiąt lat te formacje skalne przyciągają tubewormy siboglinidowe , które osiedlają się i rosną wraz z małżami. Podobnie jak małże, tubewormy polegają na bakteriach chemosyntetycznych (w tym przypadku typie, który potrzebuje siarkowodoru zamiast metanu), aby przeżyć. Zgodnie z wszelkimi symbiotycznymi związkami, tubeworm zapewnia również swoje bakterie, przywłaszczając sobie siarkowodór ze środowiska. Siarczek nie tylko pochodzi z wody, ale jest również wydobywany z osadów poprzez rozległy system „korzeni”, który „krzew” tubylca tworzy w twardym, węglanowym podłożu. Krzak tubeworm może zawierać setki pojedynczych robaków, które mogą rosnąć metr lub więcej nad osadem.

Zimne wycieki nie trwają w nieskończoność. W miarę jak tempo wycieku gazu powoli maleje, krócej żyjące, żądne metanu małże (a dokładniej ich żądne metanu symbionty bakteryjne) zaczynają wymierać. Na tym etapie tubewormy stają się dominującym organizmem w zbiorowisku wycieków. Dopóki w osadzie jest trochę siarczków, tubewormy wydobywające siarczki mogą przetrwać. , że osobniki jednego gatunku tubylców Lamellibrachia luymesi żyją w takich warunkach przez ponad 250 lat.

„Korzenie” tubewormów zapewniają również dopływ siarkowodoru z osadu do bakterii wewnątrz tych tubewormów.
Symbiotyczny tubeworm westimentiferan Lamellibrachia luymesi z zimnego wycieku na głębokości 550 mw Zatoce Meksykańskiej. W osadach wokół podstawy występują pomarańczowe maty bakteryjne bakterii utleniających siarczki Beggiatoa spp. oraz puste muszle różnych małży i ślimaków, które są również powszechnymi mieszkańcami wycieków.
Tubeworms , koralowce miękkie i chemosyntetyczne małże w wycieku znajdującym się 3000 m (9800 stóp) w dół na skarpie Florydy. Eelpouts , krab Galatheid i krewetka alvinocarid żywią się małżami uszkodzonymi podczas pobierania próbek.

Filtr bentosowy

Organizmy żyjące w zimnych wyciekach mają duży wpływ na obieg węgla i klimat. Organizmy chemosyntetyczne, w szczególności organizmy metanogenne (zużywające metan), zapobiegają uwalnianiu metanu wydobywającego się spod dna morskiego do wody powyżej. Ponieważ metan jest tak silnym gazem cieplarnianym, uwalnianie metanu może powodować globalne ocieplenie, zgodnie z hipotezą z przeszłości Ziemi, kiedy zbiorniki hydratów gazowych ulegają destabilizacji. Zużycie metanu przez organizmy tlenowe i beztlenowe w dnie morskim nazywane jest „filtrem bentosowym”. Pierwszą częścią tego filtra są bakterie beztlenowe i archeony znajdujące się pod dnem morskim, które zużywają metan poprzez beztlenowe utlenianie metanu (AOM). Jeśli strumień metanu przepływający przez osad jest zbyt duży, a bakterie beztlenowe i archeony zużywają maksymalną ilość metanu, wówczas nadmiar metanu jest zużywany przez swobodnie pływające lub symbiotyczne bakterie tlenowe nad osadem na dnie morskim. Bakterie symbiotyczne znaleziono w organizmach takich jak rurki i małże żyjące w zimnych wyciekach; organizmy te dostarczają tlen bakteriom tlenowym, ponieważ bakterie dostarczają energii, którą uzyskują ze zużycia metanu.

Filtr bentosowy ogranicza przepływ metanu z dna morskiego do słupa wody powyżej

Zrozumienie, jak skuteczny jest filtr bentosowy, może pomóc przewidzieć, ile metanu wydostaje się z dna morskiego podczas zimnych wycieków i przedostaje się do słupa wody, a ostatecznie do atmosfery. Badania wykazały, że 50-90% metanu jest zużywane w zimnych wyciekach z matami bakteryjnymi. Z obszarów z ławicami małży wydostaje się mniej niż 15% metanu. Wydajność zależy od wielu czynników. Warstwa bentosowa jest bardziej wydajna przy niskim przepływie metanu, a wydajność spada wraz ze wzrostem przepływu metanu lub prędkości przepływu. Zapotrzebowanie na tlen w ekosystemach zimnego przesiąkania jest znacznie wyższe niż w innych ekosystemach bentosowych, więc jeśli wody przydenne nie mają wystarczającej ilości tlenu, skuteczność drobnoustrojów tlenowych w usuwaniu metanu jest zmniejszona. Filtr bentosowy nie może wpływać na metan, który nie przechodzi przez osad. Metan może ominąć filtr bentosowy, jeśli wydostanie się na powierzchnię lub przedostanie się przez pęknięcia i szczeliny w osadzie. Organizmy te są jedynym biologicznym pochłaniaczem metanu w oceanie.

Porównanie z innymi społecznościami

Główne artykuły: społeczności głębinowe i komin hydrotermalny
Lamellibrachia tube robaki i małże przy zimnym wycieku

Zimne wycieki i kominy hydrotermalne głębokich oceanów to społeczności, które nie polegają na fotosyntezie do produkcji żywności i energii. Systemy te są w dużej mierze napędzane chemosyntezy . Oba systemy mają wspólne cechy, takie jak obecność zredukowanych związków chemicznych ( H 2 S i węglowodorów ), miejscowe niedotlenienie lub nawet niedotlenienie , duża liczebność i aktywność metaboliczna populacji bakterii oraz produkcja autochtonicznego , organicznego materiału przez bakterie chemoautotroficzne . Zarówno kominy hydrotermalne, jak i zimne wycieki regularnie wykazują wysoki poziom biomasy metazoan w połączeniu z niską lokalną różnorodnością. Wyjaśnia to obecność gęstych skupisk gatunków podstawowych i epizootycznych , żyjących w tych skupiskach. Porównania na poziomie zbiorowisk ujawniają, że makrofauna wentylacyjna, wyciekowa i opadowa są bardzo różne pod względem składu na poziomie rodziny, chociaż mają wiele wspólnych taksonów wśród siedlisk silnie siarczkowych.

Jednak kominy hydrotermalne i zimne wycieki różnią się również na wiele sposobów. W porównaniu z bardziej stabilnymi zimnymi wyciekami, kominy charakteryzują się lokalnie wysokimi temperaturami, silnymi wahaniami temperatury, pH, stężeniami siarczków i tlenu, często brakiem osadów, stosunkowo młodym wiekiem i często nieprzewidywalnymi warunkami, takimi jak woskowanie i zanikanie komina płyny lub erupcje wulkanów. W przeciwieństwie do kominów hydrotermalnych, które są niestabilnymi i efemerycznymi środowiskami, zimne wycieki emitują się powoli i niezawodnie. Prawdopodobnie dzięki niższym temperaturom i stabilności wiele organizmów z zimnych wycieków żyje znacznie dłużej niż te zamieszkujące kominy hydrotermalne.

Koniec społeczności zimnych wycieków

Główny artykuł: koralowiec głębinowy

Wreszcie, gdy zimne wycieki stają się nieaktywne, tubewormy również zaczynają znikać, otwierając drogę koralowcom do osiedlenia się na odsłoniętym podłożu węglanowym. Koralowce nie polegają na węglowodorach wyciekających z dna morskiego. Badania nad Lophelia pertusa sugerują, że czerpią one pożywienie głównie z powierzchni oceanu. Chemosynteza odgrywa bardzo niewielką rolę, jeśli w ogóle, w ich osiedlaniu się i wzroście. Podczas gdy koralowce głębinowe nie wydają się być organizmami opartymi na chemosyntezie, organizmy chemosyntetyczne, które pojawiają się przed nimi, umożliwiają istnienie koralowców. Ta hipoteza o powstawaniu głębokowodnych raf koralowych nazywana jest teorią hydrauliczną.

Dystrybucja

Zimne wycieki zostały odkryte w 1983 roku przez Charlesa Paulla i współpracowników na skarpie Florydy w Zatoce Meksykańskiej na głębokości 3200 metrów (10500 stóp). Od tego czasu wycieki odkryto w wielu innych częściach oceanów świata. Większość z nich została pogrupowana w pięć biogeograficznych prowincji: Zatokę Meksykańską, Atlantyk, Morze Śródziemne, Wschodni Pacyfik i Zachodni Pacyfik, ale zimne wycieki są również znane spod szelfu lodowego na Antarktydzie , Oceanie Arktycznym , Morzu Północnym , Cieśninie Skagerrak , Kattegat , Zatoce Kalifornia , Morze Czerwone , Ocean Indyjski, wybrzeże południowej Australii i śródlądowe Morze Kaspijskie . Wraz z niedawnym odkryciem wycieku metanu w Oceanie Południowym , zimne wycieki są obecnie znane we wszystkich głównych oceanach. Zimne wycieki są powszechne wzdłuż obrzeży kontynentów w obszarach o wysokiej produktywności pierwotnej i aktywności tektonicznej, gdzie deformacja i zagęszczanie skorupy ziemskiej napędzają emisje płynu bogatego w metan. Zimne wycieki są rozmieszczone niejednolicie i występują najczęściej w pobliżu brzegów oceanów, od międzypływowych do hadalowych . W Chile znane są zimne wycieki ze strefy międzypływowej, w Kattegat wycieki metanu są znane jako „bulgoczące rafy” i zwykle występują na głębokości 0–30 m (0–100 stóp), a poza północną Kalifornią można je znaleźć jako płytkie jako 35–55 m (115–180 stóp). Większość zimnych wycieków znajduje się znacznie głębiej, daleko poza zasięgiem zwykłego nurkowania , a najgłębsze znane zbiorowisko wycieków znajduje się w Rowie Japońskim na głębokości 7326 m (24035 stóp).

Oprócz istniejących obecnie zimnych wycieków, w kilku częściach świata znaleziono skamieniałe pozostałości starożytnych systemów wycieków. Niektóre z nich znajdują się daleko w głębi lądu, w miejscach, które wcześniej pokrywały prehistoryczne oceany .

W Zatoce Meksykańskiej

Załogowy okręt podwodny DSV Alvin , który umożliwił odkrycie społeczności chemosyntetyków w Zatoce Meksykańskiej w 1983 roku.

Odkrycia

Zbiorowiska chemosyntetyczne Zatoki Meksykańskiej były szeroko badane od lat 90. XX wieku, a zbiorowiska odkryte po raz pierwszy na górnym zboczu są prawdopodobnie najlepiej poznanymi zbiorowiskami wycieków na świecie. Historia odkrycia tych niezwykłych zwierząt ma miejsce od lat 80. XX wieku. Każde większe odkrycie było nieoczekiwane — od pierwszych zbiorowisk kominów hydrotermalnych na całym świecie po pierwsze zbiorowiska zimnych wycieków w Zatoce Meksykańskiej.

Społeczności zostały odkryte we wschodniej części Zatoki Meksykańskiej w 1983 roku przy użyciu załogowego statku podwodnego DSV Alvin podczas rejsu badającego dno skarpy Florydy w obszarach przesiąkania „zimnej” solanki, gdzie nieoczekiwanie odkryto tubewormy i małże (Paull et al., 1984). Dwie grupy przypadkowo odkryły zbiorowiska chemosyntetyków w Centralnej Zatoce Meksykańskiej jednocześnie w listopadzie 1984 r. Podczas badań przeprowadzonych przez Texas A&M University w celu określenia wpływu wycieku ropy na ekologię bentosu (do tego badania zakładano, że wszystkie skutki wycieku ropy są szkodliwe), włoki denne nieoczekiwanie wydobyły rozległe kolekcje organizmów chemosyntetycznych, w tym tubylców i małży (Kennicutt i in., 1985). W tym samym czasie firma LGL Ecological Research Associates prowadziła rejs badawczy w ramach wieloletniego MMS Northern Gulf of Mexico Continental Slope Study (Gallaway i in., 1988). Fotografia dna (przetworzona na pokładzie statku) zaowocowała wyraźnymi obrazami zbiorowisk małży pęcherzykowatych przypadkowo w taki sam sposób, jak pierwsze odkrycie za pomocą sań z kamerą na Pacyfiku w 1977 r. Fotografia podczas tego samego rejsu LGL / MMS udokumentowała również społeczności tubylców in situ w Środkowej Zatoce Meksykańskiej (nie przetworzone aż do zakończenia rejsu; Boland, 1986) przed wstępnymi badaniami podwodnymi i opisami Bush Hill z pierwszej ręki ( ) w 1986 r. (Rosman i in., 1987a; MacDonald i in. al., 1989b). Miejsce to było celem stref „wycierania” akustycznego lub braku struktury podłoża spowodowanego przesączającymi się węglowodorami. Zostało to określone za pomocą akustycznego systemu pingowania podczas tego samego rejsu statkiem R / V Edwin Link (starym, tylko 113 stóp (34 m)), który wykorzystywał jeden z okrętów podwodnych Johnson Sea Link . Obszar ten charakteryzuje się gęstymi skupiskami tubylców i małży, a także odsłoniętymi wychodniami węglanowymi z licznymi koloniami koralowców gorgonia i Lophelia . Bush Hill stało się jednym z najdokładniej zbadanych miejsc chemosyntezy na świecie.

Dystrybucja

Zbiorowiska chemosyntetyków w północnej części Zatoki Meksykańskiej wokół zimnych wycieków znanych w 2000 roku

Istnieje wyraźny związek między znanymi odkryciami węglowodorów na dużych głębokościach w zboczu Zatoki Perskiej a zbiorowiskami chemosyntetycznymi, przesiąkaniem węglowodorów i minerałami autygenicznymi , w tym węglanami na dnie morskim (Sassen i in., 1993a i b). Podczas gdy zbiorniki węglowodorów są rozległymi obszarami kilka kilometrów pod Zatoką, zbiorowiska chemosyntetyczne występują w odizolowanych obszarach z cienkimi fornirami osadów o grubości zaledwie kilku metrów.

Północne zbocze Zatoki Meksykańskiej obejmuje sekcję stratygraficzną o grubości ponad 10 km (6 mil), na którą głęboki wpływ miał ruch soli. Mezozoiczne skały źródłowe od górnej jury do górnej kredy wytwarzają ropę na większości pól na zboczach Zatoki Perskiej (Sassen i in., 1993a i b). Kanały migracyjne dostarczają świeże materiały węglowodorowe przez pionową skalę 6–8 km (4–5 mil) w kierunku powierzchni. Powierzchniowe przejawy migracji węglowodorów określane są jako wycieki. Dowody geologiczne wskazują, że przesiąkanie węglowodorów i solanek utrzymuje się na przestrzennie odrębnych obszarach przez tysiące lat.

Skala czasowa migracji ropy i gazu (połączenie siły wyporu i ciśnienia) z systemów źródłowych obejmuje miliony lat (Sassen, 1997). Przesiąkanie ze źródeł węglowodorów przez uskoki w kierunku powierzchni jest zwykle rozproszone przez leżące powyżej osady, wychodnie węglanowe i hydratów , więc odpowiadające im zbiorowiska wycieków węglowodorów są zwykle większe (o szerokości kilkuset metrów) niż zbiorowiska chemosyntetyczne występujące wokół kominów hydrotermalnych wschodni Pacyfik (MacDonald, 1992). Istnieją duże różnice w stężeniach węglowodorów w miejscach wycieku. Roberts (2001) przedstawił spektrum reakcji, których należy się spodziewać w różnych warunkach natężenia przepływu, od bardzo powolnego przesiąkania do szybkiego odpowietrzania. Bardzo powolne miejsca przesiąkania nie obsługują złożonych społeczności chemosyntetycznych; raczej zwykle wspierają tylko proste maty mikrobiologiczne ( Beggiatoa sp.).

W środowisku na górnym zboczu twarde podłoża powstałe w wyniku wytrącania węglanów mogą mieć powiązane zbiorowiska zwierząt niechemosyntetycznych, w tym różne osiadłe parzydełkowce , takie jak koralowce i ukwiały . Na końcu widma o szybkim strumieniu fluidalny osad zwykle towarzyszy węglowodorom i płynom formacyjnym docierającym do dna morskiego. wulkany błotne i strumienie błotne . Gdzieś pomiędzy tymi dwoma elementami końcowymi istnieją warunki, które wspierają gęsto zaludnione i różnorodne społeczności organizmów chemosyntetycznych (maty mikrobiologiczne, robaki siboglinidowe , małże batymodiolinowe , małże lucinid i vesycomyid oraz organizmy powiązane). Obszary te są często związane z powierzchniowymi lub przypowierzchniowymi osadami hydratów gazowych . Mają również zlokalizowane obszary litowanego dna morskiego, na ogół autigeniczne węglany, ale czasami występują bardziej egzotyczne minerały, takie jak baryt .

Zbiorowiska chemosyntetyczne w północnej części Zatoki Meksykańskiej wokół zimnych wycieków znanych w 2006 roku obejmują ponad 50 zbiorowisk

Rozpowszechniony charakter zbiorowisk chemosyntetycznych w Zatoce Meksykańskiej został po raz pierwszy udokumentowany podczas zleconych badań przez Grupę Badań Geologicznych i Środowiskowych (GERG) Uniwersytetu A&M w Teksasie dla Komitetu Operatorów Offshore (Brooks i in., 1986). To badanie pozostaje najbardziej rozpowszechnione i wszechstronne, chociaż od tego czasu udokumentowano wiele dodatkowych społeczności. Przemysł poszukujący rezerw energii w Zatoce Meksykańskiej udokumentował również liczne nowe społeczności na różnych głębokościach, w tym najgłębsze znane zjawisko w Centralnej Zatoce Meksykańskiej w Alaminos Canyon Block 818 na głębokości 2750 m (9022 stóp). Występowanie organizmów chemosyntetycznych zależnych od przesiąkania węglowodorów zostało udokumentowane w wodach o głębokości od 290 m (951 stóp) (Roberts i in., 1990) do głębokości 2744 m (9003 stóp). Ten zakres głębokości w szczególności umieszcza zbiorowiska chemosyntetyczne w głębokowodnym regionie Zatoki Meksykańskiej, który jest definiowany jako głębokość wody większa niż 305 m (1000 stóp).

Zbiorowiska chemosyntetyczne nie występują na szelfie kontynentalnym , chociaż pojawiają się w zapisie kopalnym w wodach płytszych niż 200 m (656 stóp). Jedna z teorii, która to wyjaśnia, głosi, że ze strony drapieżników zmieniała się znacznie w omawianym okresie (Callender i Powell 1999). Obecnie wiadomo, że w 43 blokach Zewnętrznego Szelfu Kontynentalnego (OCS) istnieje ponad 50 społeczności . Chociaż nie przeprowadzono systematycznych badań w celu zidentyfikowania wszystkich społeczności chemosyntetycznych w Zatoce Meksykańskiej, istnieją dowody wskazujące, że może istnieć znacznie więcej takich społeczności. Granice głębokości odkryć prawdopodobnie odzwierciedlają granice eksploracji (brak łodzi podwodnych zdolnych do głębokości ponad 1000 m (3281 stóp)).

MacDonald i in. (1993 i 1996) przeanalizowali wykonane za pomocą teledetekcji z kosmosu, które ujawniają obecność plam ropy w północno-środkowej części Zatoki Meksykańskiej. Wyniki potwierdziły rozległe naturalne wycieki ropy w Zatoce Meksykańskiej, zwłaszcza na głębokościach większych niż 1000 m (3281 stóp). W sumie udokumentowano 58 dodatkowych potencjalnych lokalizacji, w których źródła dna morskiego były w stanie wytworzyć wieloletnie plamy ropy (MacDonald i in., 1996). Szacunkowe wskaźniki wycieku wahały się od 4 bbl/d (0,64 m 3 /d) do 70 bbl/d (11 m 3 /d) w porównaniu z mniej niż 0,1 bbl/d (0,016 m 3 /d) dla zrzutów ze statków (oba znormalizowane dla 1000 mi 2 (640 000 ac)). Dowody te znacznie zwiększają obszar, na którym można spodziewać się zbiorowisk chemosyntetycznych zależnych od przesiąkania węglowodorów.

Najgęstsze skupiska organizmów chemosyntetycznych znaleziono na głębokościach około 500 m (1640 stóp) i głębszych. Najbardziej znana z tych społeczności została nazwana Bush Hill przez badaczy, którzy jako pierwsi ją opisali (MacDonald i in., 1989b). Jest to zaskakująco duże i gęste zbiorowisko chemosyntetycznych robaków i małży w miejscu naturalnego wycieku ropy naftowej i gazu nad diapirem solnym w Green Canyon Block 185. Miejsce wycieku to mały pagórek, który wznosi się około 40 m (131 stóp) nad otaczającego dna morskiego na głębokości około 580 m (1903 stóp).

Stabilność

Według Sassena (1997) rola hydratów w zbiorowiskach chemosyntetycznych była bardzo niedoceniana. Biologiczna przemiana zamrożonych hydratów gazowych została po raz pierwszy odkryta podczas badania MMS zatytułowanego „Stabilność i zmiana w społecznościach chemosyntetycznych Zatoki Meksykańskiej”. Postawiono hipotezę (MacDonald, 1998b), że dynamika przemian hydratów może odgrywać główną rolę jako mechanizm regulacji uwalniania gazów węglowodorowych w celu napędzania procesów biogeochemicznych, a także może odgrywać istotną rolę w stabilności społeczności. Uważa się, że zarejestrowane wahania temperatury wód dennych o kilka stopni w niektórych obszarach, takich jak miejsce Bush Hill (4–5 ° C na głębokości 500 m (1640 stóp)), powodują dysocjację hydratów, co powoduje wzrost gazu strumienie (MacDonald i in., 1994). Chociaż nie jest tak destrukcyjny jak wulkanizm w miejscach otworów wentylacyjnych grzbietów śródoceanicznych , dynamika tworzenia się i przemieszczania płytkich hydratów wyraźnie wpłynie na zwierzęta osiadłe , które stanowią część bariery przesiąkającej. Istnieje możliwość wystąpienia katastrofy, w wyniku której cała warstwa płytkiego hydratu mogłaby oderwać się od dna i znacząco wpłynąć na lokalne społeczności chemosyntetycznej fauny. Na większych głębokościach (> 1000 m, > 3281 stóp) temperatura wody przy dnie jest niższa (o około 3 ° C) i podlega mniejszym wahaniom. Powstawanie bardziej stabilnych i prawdopodobnie głębszych hydratów wpływa na przepływ lekkich gazów węglowodorowych na powierzchnię osadu, wpływając tym samym na morfologię powierzchni i charakterystykę zbiorowisk chemosyntetycznych. W złożonych społecznościach, takich jak Bush Hill, ropa naftowa wydaje się mniej ważna niż wcześniej sądzono (MacDonald, 1998b).

Poprzez badania tafonomiczne (zespoły śmierci muszli) i interpretację składu zespołu wycieków z rdzeni, Powell i in. (1998) stwierdzili, że ogólnie zbiorowiska wycieków utrzymywały się przez okres 500–1000 lat i prawdopodobnie przez cały plejstocen (<- wątpliwy. holocen ?). Niektóre stanowiska zachowały optymalne siedlisko w geologicznych skalach czasowych . Powell zgłosił dowody na to, że zbiorowiska małży i małży przetrwały w tych samych miejscach przez 500-4000 lat. Powell odkrył również, że zarówno skład gatunkowy, jak i troficzny zbiorowisk wycieków węglowodorów wydają się być dość stałe w czasie, z czasowymi zmianami jedynie w liczebności. Znalazł kilka przypadków, w których typ zbiorowisk zmienił się (na przykład z omułków na zbiorowiska małży) lub całkowicie zniknął. Nie zaobserwowano sukcesji fauny . Co zaskakujące, kiedy nastąpiło ożywienie po przeszłym destrukcyjnym zdarzeniu, ten sam gatunek chemosyntetyczny ponownie zajął miejsce. Było niewiele dowodów na katastrofalne wydarzenia pogrzebowe, ale dwa przypadki znaleziono w społecznościach małży w bloku 234 Green Canyon. Najbardziej godną uwagi obserwacją opisaną przez Powella (1995) była wyjątkowość każdego miejsca społeczności chemosyntetyków.

Opady autogenicznych węglanów i inne zdarzenia geologiczne niewątpliwie zmienią wzorce wycieków powierzchniowych na przestrzeni wielu lat, chociaż poprzez bezpośrednie obserwacje nie zaobserwowano żadnych zmian w rozmieszczeniu lub składzie chemosyntetycznej fauny w siedmiu oddzielnych miejscach badawczych (MacDonald i in., 1995). Nieco dłuższy okres (19 lat) można przytoczyć w przypadku Bush Hill, pierwszego zbiorowiska w środkowej części Zatoki Meksykańskiej opisanego in situ w 1986 r. Nie zaobserwowano masowego wymierania ani zmian składu fauny na dużą skalę (z z wyłączeniem zbiorów do celów naukowych) w ciągu 19-letniej historii badań na tym stanowisku.

Wszystkie zbiorowiska chemosyntetyków znajdują się w głębinach wodnych poza skutkami silnych burz, w tym huraganów, i nie doszłoby do zmian tych zbiorowisk spowodowanych burzami powierzchniowymi, w tym huraganami .

Biologia

Gatunek omułka Bathymodiolus childressi jest gatunkiem dominującym w zbiorowiskach zimnych wycieków typu mytilid w Zatoce Meksykańskiej

MacDonald i in. (1990) opisali cztery ogólne typy społeczności. Są to zbiorowiska zdominowane przez robaki Vestimentiferan ( Lamellibrachia cf barhami i Escarpia spp.), omułki mytilid (Seep Mytilid Ia, Ib i III i inne), małże vesicomyidae ( Vesicomya cordata i Calyptogena ponderosa ) oraz małże lucinid lub thyasirid infaunal ( Lucinoma sp. lub Thyasira sp.). Maty bakteryjne są obecne na wszystkich dotychczas odwiedzonych stanowiskach. Te grupy fauny mają zazwyczaj charakterystyczne cechy pod względem sposobu, w jaki się łączą, wielkości skupisk, właściwości geologicznych i chemicznych siedlisk, w których występują, oraz, do pewnego stopnia, heterotroficznej fauny, która z nimi występuje. Wiele gatunków znalezionych w tych społecznościach zimnych wycieków w Zatoce Meksykańskiej jest nowych dla nauki i pozostaje nieopisanych .

Pojedyncze lamellibranchid tube worms , dłuższy z dwóch taksonów znalezionych w wyciekach, może osiągnąć długość 3 m (10 stóp) i żyć setki lat (Fisher i in., 1997; Bergquist i in., 2000). Tempo wzrostu określone na podstawie odzyskanych oznakowanych tuberossów było zmienne, od braku wzrostu 13 osobników mierzonego w ciągu jednego roku do maksymalnego wzrostu 9,6 cm/rok (3,8 cala/rok) u osobnika Lamellibrachia (MacDonald, 2002). Średnie tempo wzrostu wynosiło 2,19 cm / rok (0,86 cala / rok) dla Escarpia i 2,92 cm / rok (1,15 cala / rok) dla lamellibrachidów. Są to wolniejsze tempo wzrostu niż tempo wzrostu ich z kominów hydrotermalnych , ale osobniki Lamellibrachia mogą osiągnąć długość 2–3 razy większą niż największe znane gatunki z kominów hydrotermalnych. Osobniki Lamellibrachia sp. przekraczające 3 m (10 stóp) zostały zebrane przy kilku okazjach, reprezentując prawdopodobny wiek przekraczający 400 lat (Fisher, 1995). Tarło robaka rurkowego Vestimentiferan nie jest sezonowe, a rekrutacja jest epizodyczna.

Tubeworms są męskie lub żeńskie. Jedno z niedawnych odkryć wskazuje, że tarło samicy Lamellibrachia wydaje się być przyczyną wyjątkowego związku z dużymi małżami Acesta bullisi , które żyją na stałe przyczepione do przedniego otworu rurki tubylca i żywią się okresowo uwalnianymi jajami (Järnegren i in., 2005). Ten ścisły związek między małżami a tubewormami został odkryty w 1984 r. (Boland, 1986), ale nie został w pełni wyjaśniony. Praktycznie wszystkie dojrzałe Acesta występują na samicach, a nie na samcach tubylców. Ten dowód i inne eksperymenty przeprowadzone przez Järnegrena i in. (2005) wydaje się, że rozwiązali tę zagadkę.

Odnotowano tempo wzrostu omułków metanotroficznych w miejscach zimnego wycieku (Fisher, 1995). Stwierdzono, że ogólne tempo wzrostu było stosunkowo wysokie. Tempo wzrostu dorosłych omułków było podobne do omułków ze środowiska przybrzeżnego w podobnych temperaturach. Fisher odkrył również, że młode małże w wyciekach węglowodorów początkowo szybko rosną, ale tempo wzrostu znacznie spada u dorosłych; bardzo szybko osiągają rozmiary reprodukcyjne. Zarówno jednostki, jak i społeczności wydają się być bardzo długowieczne. Te metanu małże mają surowe wymagania chemiczne, które wiążą je z obszarami najbardziej aktywnego wycieku w Zatoce Meksykańskiej. W wyniku ich szybkiego tempa wzrostu, ponowna kolonizacja zaburzonego miejsca wycieku może nastąpić stosunkowo szybko. Istnieją pewne dowody na to, że małże również wymagają twardego podłoża i ich liczba może wzrosnąć, jeśli zwiększy się ilość odpowiedniego podłoża na dnie morskim (Fisher, 1995). Dwa powiązane gatunki są zawsze związane z łóżkami małży - ślimak Bathynerita naticoidea i mała krewetka Alvinocarid - co sugeruje, że te endemiczne gatunki mają doskonałe zdolności rozprzestrzeniania się i tolerują szeroki zakres warunków (MacDonald, 2002).

W przeciwieństwie do łóżek omułków, chemosyntetyczne łoża małży mogą utrzymywać się jako wizualne zjawisko powierzchniowe przez dłuższy czas bez wkładu nowych żywych osobników z powodu niskiego tempa rozpuszczania i niskiego tempa sedymentacji. Większość łóżek małż zbadanych przez Powella (1995) była nieaktywna. Żywe osobniki spotykano rzadko. Powell poinformował, że w ciągu 50 lat lokalne wymieranie i rekolonizacja powinny następować stopniowo i niezwykle rzadko. W przeciwieństwie do tych nieaktywnych łóżek, pierwsza społeczność odkryta w środkowej Zatoce Meksykańskiej składała się z wielu aktywnie orających małży. Uzyskane obrazy tej społeczności wykorzystano do opracowania proporcji długość/częstotliwość i żywych/martwych, jak również wzorców przestrzennych (Rosman i in., 1987a).

Rozległe maty bakteryjne wolno żyjących bakterii są również widoczne we wszystkich miejscach wycieku węglowodorów. Bakterie te mogą konkurować z główną fauną o źródła energii siarczków i metanu , a także mogą znacząco przyczynić się do ogólnej produkcji (MacDonald, 1998b). Stwierdzono, że białe, niepigmentowane maty są autotroficznymi bakteriami siarkowymi z gatunku Beggiatoa , a pomarańczowe maty posiadały niezidentyfikowany metabolizm niechemosyntetyczny (MacDonald, 1998b).

Gatunki heterotroficzne w miejscach wycieku są mieszanką gatunków charakterystycznych dla wycieków (zwłaszcza mięczaków i bezkręgowców skorupiaków ) oraz tych, które są normalnym składnikiem otaczającego środowiska. Carney (1993) po raz pierwszy opisał potencjalną nierównowagę, która może wystąpić w wyniku chronicznych zakłóceń. Ze względu na sporadyczne schematy rekrutacji drapieżniki mogły zyskać przewagę, skutkując eksterminacją lokalnych populacji łóżek małży. Oczywiste jest, że systemy wycieków wchodzą w interakcje z fauną tła, ale pozostają sprzeczne dowody na to, w jakim stopniu występuje jawne drapieżnictwo na niektórych określonych składnikach społeczności, takich jak tubewormy (MacDonald, 2002). Bardziej zaskakujące wyniki tej ostatniej pracy dotyczą tego, dlaczego gatunki tła nie wykorzystują produkcji wycieków bardziej, niż wydaje się to oczywiste. W rzeczywistości konsumenci związani z wyciekiem, tacy jak galatheid i ślimaki nerytowe , mieli sygnatury izotopowe, co wskazuje, że ich dieta była mieszanką wycieku i produkcji tła. W niektórych miejscach endemiczne bezkręgowce wyciekające, od których oczekiwano, że uzyskają dużo, jeśli nie całą swoją dietę z produkcji wycieków, w rzeczywistości spożywały aż 50 procent ich diety z tła.

W Oceanie Atlantyckim








Mapa zimnych wycieków w atlantyckim pasie równikowym. BR – Blake Ridge diapir BT – Rów Barbadosu OR – Sektory Orenoque EP – Sektor El Pilar NIG – Zbocze nigeryjskie GUI – Obszar Guinnessa REG – Dziobak Regab.

Zbiorowiska zimnych przesiąknięć w zachodnim Atlantyku zostały również opisane na podstawie kilku nurkowań na wulkanach błotnych i diapirach na głębokości od 1000 do 5000 m (3300–16 400 stóp) w obszarze akrecyjnego pryzmatu Barbadosu oraz z diapiru Blake Ridge u wybrzeży Północnej Karoliny . Niedawno odkryto zbiorowiska wycieków we wschodnim Atlantyku, na gigantycznym skupisku dziobaków w Zatoce Gwinejskiej w pobliżu głębokiego kanału Konga , a także na innych dziobakach na obrzeżach Konga, Gabonu i Nigerii oraz w Zatoce Kadyksu .

Występowanie chemosymbiotycznej fauny i flory na rozległych polach wulkanów błotnych w Zatoce Kadyksu po raz pierwszy odnotowano w 2003 r. Małże chemosymbiotyczne zebrane z wulkanów błotnych Zatoki Kadyksu zostały poddane przeglądowi w 2011 r.

Zimne wycieki są również znane z północnego Atlantyku, sięgając nawet do Oceanu Arktycznego, u wybrzeży Kanady i Norwegii .

Obszerne pobieranie próbek fauny przeprowadzono z 400 i 3300 m (1300–10 800 stóp) w atlantyckim pasie równikowym od Zatoki Meksykańskiej do Zatoki Gwinejskiej, w tym pryzmatu akrecyjnego Barbadosu, diapiru Blake Ridge oraz we wschodnim Atlantyku z Konga i Gabon oraz niedawno zbadane marginesy Nigerii podczas projektu Census of Marine Life ChEss . Spośród 72 taksonów zidentyfikowanych na poziomie gatunku łącznie 9 gatunków lub kompleksów gatunków zidentyfikowano jako amfiatlantyckie.

Na strukturę społeczności megafauny wyciekającej z Atlantyckiego Pasa Równikowego wpływa przede wszystkim głębokość, a nie odległość geograficzna. Gatunki lub zespoły gatunków małży Bathymodiolinae (w obrębie Mytilidae ) są najbardziej rozpowszechnione w Atlantyku. Kompleks bumerangu Bathymodiolus znajduje się na skarpie na Florydzie, diapirze Blake Ridge, pryzmacie Barbadosu i miejscu Regab w Kongo. Kompleks Bathymodiolus childressi jest również szeroko rozpowszechniony wzdłuż Atlantyckiego Pasa Równikowego od Zatoki Meksykańskiej po Nigerię, chociaż nie na obszarach grzbietów Regab lub Blake. Polinoid komensalny Branchipolynoe seepensis znany jest z Zatoki Meksykańskiej, Zatoki Gwinejskiej i Barbadosu. Inne gatunki, których rozmieszczenie rozciąga się od wschodniego do zachodniego Atlantyku to: ślimak Cordesia provannoides , krewetka Alvinocaris muricola , galatheidy Munidopsis geyeri i Munidopsis livida i prawdopodobnie holothurid Chiridota heheva .

Zimne wycieki znaleziono również w wentylatorze głębinowym Amazonii . Profile sejsmiczne o wysokiej rozdzielczości w pobliżu krawędzi szelfu wskazują na osuwiska przypowierzchniowe i uskoki na głębokości 20–50 m (66–164 stóp) pod powierzchnią oraz stężenia metanu (około 500 m2 lub 5400 stóp kwadratowych) . Liczne badania (np. Amazon Shelf Study — AMASEDS, LEPLAC, REMAC, GLORIA, Ocean Drilling Program ) wskazują, że istnieją dowody na wyciek gazu na zboczu wentylatora Amazonki na podstawie występowania odbić symulujących dno (BSR), błota wulkany, ślady ospy, gaz w osadach i głębsze występowanie węglowodorów. W tym regionie zmapowano występowanie metanu na stosunkowo płytkich głębokościach i rozległych obszarach hydratów gazowych. Zgłaszano również kominy gazowe , a odwierty poszukiwawcze odkryły subkomercyjne nagromadzenia gazu i ślady dziobów wzdłuż płaszczyzn uskoków. Solidne geologiczne i geofizyczne zrozumienie basenu Foz do Amazonas jest już dostępne i wykorzystywane przez przedsiębiorstwa energetyczne.

Eksploracja nowych obszarów, takich jak potencjalne miejsca wycieków u wschodniego wybrzeża Stanów Zjednoczonych i wentylator Laurentian , gdzie znane są społeczności chemosyntetyczne na głębokości ponad 3500 m (11 500 stóp), oraz płytsze miejsca w Zatoce Gwinejskiej są potrzebne do badania w przyszły.

W basenie Morza Śródziemnego

Pierwszym biologicznym dowodem na istnienie środowisk zredukowanych w Morzu Śródziemnym była obecność muszli małży Lucinidae i Vesicomyidae wydrążonych na szczycie wulkanu błotnego Napoli ( ; „Napoli” to tylko nazwa góry podwodnej. Znajduje się ona na południe od Krety), położonej na głębokości 1900 m na Grzbiecie Śródziemnomorskim w strefie subdukcji płyty afrykańskiej . Następnie opisano nowy gatunek małży Lucinidae, Lucinoma kazani , związany z bakteryjnymi endosymbiontami . W południowo-wschodniej części Morza Śródziemnego znaleziono również zbiorowiska wieloszczetów i małży związane z zimnymi wyciekami i węglanami w pobliżu Egiptu i Strefy Gazy na głębokościach 500–800 m, ale nie zebrano żadnej żywej fauny. Pierwsze in situ rozległych żywych zbiorowisk chemosyntetycznych we wschodniej części Morza Śródziemnego skłoniły biologów, geochemików i geologów do współpracy. Podczas podwodnych obserwowano zbiorowiska składające się z dużych pól małych małży (martwych i żywych), dużych robaków siboglinidowych, izolowanych lub tworzących gęste skupiska, dużych gąbek i związanej z nimi endemicznej fauny w różnych siedliskach zimnego wycieku związanych ze skorupami węglanowymi na 1700–2000 m głębokość. Najpierw zbadano dwa pola wulkanów błotnych, jedno wzdłuż Grzbietu Śródziemnomorskiego, gdzie większość z nich była częściowo (wulkany błotne Neapolu, Mediolanu) lub całkowicie (wulkany błotne Urania, wulkany błotne Maidstone) dotknięte solankami, a drugie na kopcach Anaksymandra na południe od Turcji . Ten ostatni obszar obejmuje duży wulkan błotny w Amsterdamie, na który mają wpływ niedawne przypływy błotne , oraz mniejsze wulkany błotne Kazań lub Kula. Próbki hydratów gazowych pobrano z wulkanów błotnych w Amsterdamie i Kazaniu, a nad dnem morskim zarejestrowano wysoki poziom metanu. Ostatnio zbadano kilka prowincji wachlarza głębinowego Nilu . Należą do nich bardzo aktywne wycieki solankowe zwane Menes Caldera we wschodniej prowincji między 2500 a 3000 m, dziobaki w centralnej części wzdłuż środkowych i niższych zboczy oraz wulkany błotne we wschodniej prowincji, a także jeden w środkowe górne zbocze (obszar North Alex) na głębokości 500 m.

Podczas tych pierwszych nurkowań eksploracyjnych pobrano próbki i zidentyfikowano taksony przenoszące symbionty, które są podobne do obserwowanych na polach błotnych Olimpi i Anaksymander. To podobieństwo nie jest zaskakujące, ponieważ większość z tych taksonów została pierwotnie opisana podczas pogłębiania w wachlarzu Nilu. Do pięciu gatunków małży niosących bakteryjne symbionty skolonizowało te środowiska bogate w metan i siarczki. W 2010 roku opisano nowy gatunek wieloszczetów Siboglinidae , Lamellibrachia anaximandri , tubeworma kolonizującego zimne wycieki od grzbietu Morza Śródziemnego do wachlarza głębinowego Nilu . i małży Lucinidae oraz tubeworms Siboglinidae oraz podkreśliło wyjątkową różnorodność bakterii żyjących w symbiozie z małymi Mytilidae. Śródziemnomorskie wycieki wydają się reprezentować bogate siedlisko charakteryzujące się bogactwem gatunków megafauny (np. ślimaki ) lub wyjątkowymi rozmiarami niektórych gatunków, takich jak gąbki ( Rizaxinella pyrifera ) i kraby ( Chaceon mediterraneus ), w porównaniu z ich odpowiednikami w tle. Kontrastuje to z niską obfitością i różnorodnością makro- i megafauny oraz różnorodnością głębokiej wschodniej części Morza Śródziemnego . Zbiorowiska wycieków w Morzu Śródziemnym, które obejmują endemiczne gatunki chemosyntetyczne i związaną z nimi faunę, różnią się od innych znanych zbiorowisk wycieków na świecie na poziomie gatunku, ale także brakiem dużych rodzajów małży Calyptogena lub Bathymodiolus . Izolacja śródziemnomorskich wycieków z Oceanu Atlantyckiego po kryzysie mesyńskim doprowadziła do powstania unikalnych społeczności, które prawdopodobnie różnią się składem i strukturą od tych w Oceanie Atlantyckim. Dalsze ekspedycje obejmowały ilościowe pobieranie próbek siedlisk na różnych obszarach, od Grzbietu Śródziemnomorskiego po wachlarz głębinowy wschodniego Nilu. Zimne wycieki odkryte w Morzu Marmara w 2008 roku ujawniły również społeczności oparte na chemosyntezie, które wykazywały znaczne podobieństwo do fauny przenoszącej symbionty z zimnych wycieków wschodniej części Morza Śródziemnego.

Na Oceanie Indyjskim

W Rowie Makran , strefie subdukcji wzdłuż północno-wschodniego brzegu Zatoki Omańskiej, sąsiadującej z południowo-zachodnim wybrzeżem Pakistanu i południowo-wschodnim wybrzeżem Iranu , kompresja klina akrecyjnego doprowadziła do powstania zimnych wycieków i wulkanów błotnych.

Na zachodnim Pacyfiku

Rodzime aluminium odnotowano również w zimnych wyciekach na północno-wschodnim zboczu kontynentalnym Morza Południowochińskiego , a Chen i in. (2011) zaproponowali teorię jego pochodzenia jako wynikającą z redukcji tetrahydroksoglinianu Al (OH) 4 - do metalicznego glinu przez bakterie .

Japonia

Społeczności chemosyntetyków w Japonii
Zimny ​​wyciek
Wentylacja hydrotermalna
Upadek wieloryba

Społeczności głębinowe wokół Japonii są badane głównie przez Japońską Agencję ds. Nauki i Technologii Morsko-Ziemskiej (JAMSTEC). DSV Shinkai 6500 , Kaikō i inne grupy odkryły wiele miejsc.

Zbiorowiska wycieków metanu w Japonii są rozmieszczone wzdłuż obszarów zbieżności płyt ze względu na towarzyszącą im aktywność tektoniczną . Wiele wycieków znaleziono w Rowie Japońskim , Rynnie Nankai , Rowie Ryukyu , Zatoce Sagami i Zatoce Suruga oraz Morzu Japońskim .

Członkowie społeczności zimnych wycieków są podobni do innych regionów pod względem rodziny lub rodzaju, takich jak Polycheata; Lamellibrachia, Bivalavia; Solemyidae, Bathymodiolus w Mytilidae, Thyasiridae, Calyptogena w Vesicomyidae i tak dalej. Wiele gatunków w zimnych wodach Japonii to gatunki endemiczne .

W zatoce Kagoshima występują wycieki metanu zwane „tagiri” (wrzenie). W okolicy żyją Lamellibrachia satsuma . Głębokość tego stanowiska wynosi zaledwie 80 m, co jest najpłytszym miejscem życia Siboglinidae. L. satsuma można długo trzymać w akwarium przy ciśnieniu 1 atm. Dwa akwaria w Japonii trzymają i eksponują L. satsuma . Opracowywana jest metoda obserwacji polegająca na wprowadzeniu go do przezroczystej rurki winylowej.

DSV Shinkai 6500

DSV Shinkai 6500 odkrył zbiorowiska małży vesicomyid w południowej części Mariany Forearc. Zależą od metanu, który pochodzi z serpentynitu . Inne zbiorowiska chemosyntetyczne byłyby zależne od substancji organicznej pochodzenia węglowodorowego w skorupie, ale te zbiorowiska są zależne od metanu pochodzącego z substancji nieorganicznych z płaszcza.

W 2011 roku został wykonany wokół rowu japońskiego , który jest epicentrum trzęsienia ziemi w Tōhoku . Są pęknięcia, wycieki metanu i maty bakteryjne, które prawdopodobnie powstały w wyniku trzęsienia ziemi.

Nowa Zelandia

U wybrzeży kontynentalnej Nowej Zelandii niestabilność krawędzi półki jest w niektórych miejscach potęgowana przez zimne wycieki płynów bogatych w metan, które również wspierają chemosyntetyczne fauny i konkrecje węglanowe. Dominującymi zwierzętami są rurkowce z rodziny Siboglinidae oraz małże z rodzin Vesicomyidae i Mytilidae ( Batymodiolus ). Wiele z jego gatunków wydaje się być endemicznych. Trałowanie włokiem dennym poważnie uszkodziło zbiorowiska zimnego wycieku, a ekosystemy te są zagrożone. Głębokości do 2000 m, w tym zimne wycieki, należą do jeszcze niezmapowanej topograficznej i chemicznej złożoności siedlisk. Skala odkryć nowych gatunków w tych słabo zbadanych lub niezbadanych ekosystemach będzie prawdopodobnie duża.

Na wschodnim Pacyfiku

Monterey Bay Aquarium Research Institute wykorzystał zdalnie sterowany pojazd podwodny Ventana do badań zimnych wycieków Monterey Bay

W głębinach morskich projekt COMARGE zbadał wzorce różnorodności biologicznej wzdłuż i w poprzek chilijskiego marginesu poprzez złożoność ekosystemów, takich jak wycieki metanu i strefy minimalnej zawartości tlenu , donosząc, że taka heterogeniczność siedlisk może wpływać na wzorce różnorodności biologicznej lokalnej fauny. Fauna wycieków obejmuje małże z rodzin Lucinidae , Thyasiridae , Solemyidae ( Acharax sp.) i Vesicomyidae ( Calyptogena gallardoi ) oraz wieloszczety Lamellibrachia sp. i dwa inne gatunki wieloszczetów. Co więcej, w tych miękkich osadach zredukowanych poniżej strefy minimalnej tlenu poza obrzeżami Chile, zróżnicowana społeczność drobnoustrojów złożona z różnych dużych prokariotów (głównie dużych wielokomórkowych nitkowatych „megabakterii” rodzajów Thioploca i Beggiatoa oraz „makrobakterii ", w tym różnorodność fenotypów), protisty (rzęski, wiciowce i otwornice), a także małe metazoany (głównie nicienie i wieloszczety). Gallardo i in. (2007) argumentują, że prawdopodobny metabolizm chemolitotroficzny większości tych mega- i makrobakterii stanowi alternatywne wyjaśnienie znalezisk kopalnych , w szczególności tych pochodzących z oczywistego pochodzenia innego niż przybrzeżne, co sugeruje, że tradycyjne hipotezy dotyczące cyjanobakteryjnego pochodzenia niektórych skamielin mogą wymagać zostać zrewidowany.

Zimne wycieki ( dzioby ) są również znane z głębokości 130 mw Cieśninie Hekate w Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie. Stwierdzono tam nieoczywistą faunę (również nieoczywistą dla zimnych wycieków) z dominującymi gatunkami: ślimakiem morskim Fusitriton oregonensis , zawilcem Metridium giganteum , gąbkami inkrustującymi i małżami Solemya reidi .

Zimne wycieki ze zbiorowiskami chemosyntetyków wzdłuż wybrzeża Pacyfiku USA występują w Monterey Canyon , niedaleko Monterey Bay w Kalifornii, na błotnym wulkanie . Stwierdzono tam m.in. małże Calyptogena Calyptogena kilmeri i Calyptogena pacifica oraz otwornice Spiroplectammina biformis .

Ponadto odkryto wycieki u wybrzeży południowej Kalifornii na wewnętrznych pograniczach Kalifornii wzdłuż kilku systemów uskoków, w tym uskoku San Clemente, uskoku San Pedro i uskoku San Diego Trough. Wydaje się, że przepływ płynu w wyciekach wzdłuż uskoków koryta San Pedro i San Diego jest kontrolowany przez zlokalizowane ograniczające zakręty w uskokach.

Na Antarktydzie

Pierwszy zimny wyciek odnotowano z Oceanu Południowego w 2005 r. Stosunkowo nieliczne badania głębokiego morza Antarktydy wykazały obecność siedlisk głębokowodnych, w tym kominów hydrotermalnych , zimnych wycieków i wulkanów błotnych . Poza Antarctic Benthic Deep-Sea Biodiversity Project (ANDEEP), na głębokim morzu wykonano niewiele pracy. Gatunków czekających na opis jest więcej.

Wykrycie

Dzięki ciągłym doświadczeniom, szczególnie na górnym zboczu kontynentu w Zatoce Meksykańskiej, udane przewidywanie obecności zbiorowisk tubylców wciąż się poprawia, jednak zbiorowisk chemosyntetycznych nie można wiarygodnie wykryć bezpośrednio za pomocą technik geofizycznych . Wycieki węglowodorów, które umożliwiają istnienie społeczności chemosyntetycznych, modyfikują charakterystykę geologiczną w sposób, który można zdalnie wykryć, ale skala czasowa współwystępującego aktywnego wycieku i obecności żywych społeczności jest zawsze niepewna. Te znane modyfikacje osadów obejmują (1) wytrącanie autigenicznego węglanu w postaci mikronodul, guzków lub mas skalnych; (2) tworzenie hydratów gazowych ; (3) modyfikacja osadów poprzez koncentrację twardych pozostałości organizmów chemosyntetycznych (takich jak fragmenty i warstwy muszli); (4) tworzenie śródmiąższowych pęcherzyków gazu lub węglowodorów; oraz (5) tworzenie zagłębień lub dziobów w wyniku wydalania gazu. Cechy te powodują powstawanie efektów akustycznych, takich jak strefy zanikania (brak echa), twarde dna (silnie odbijające echa), jasne plamy (warstwy wzmocnione odbiciem) lub warstwy pogłosowe (Behrens, 1988; Roberts i Neurauter, 1990). „Potencjalne” lokalizacje dla większości typów społeczności można określić poprzez uważną interpretację tych różnych modyfikacji geofizycznych, ale jak dotąd proces ten pozostaje niedoskonały, a potwierdzenie żywych społeczności wymaga bezpośrednich technik wizualnych.

Skamieniałe zapisy

Późnokredowe złoże zimnego wycieku w Pierre Shale w południowo-zachodniej Dakocie Południowej

Osady zimnego wycieku znajdują się w całym zapisie geologicznym fanerozoiku , zwłaszcza w późnym mezozoiku i kenozoiku . Godne uwagi przykłady można znaleźć w kredzie na Hokkaido , paleogenie na Honsiu i neogenie w północnych Włoszech . Te skamieniałe zimne wycieki charakteryzują się topografią przypominającą kopiec (jeśli jest zachowana), grubokrystalicznymi węglanami oraz licznymi mięczakami i ramienionogami .

Wpływ na środowisko

Głównymi zagrożeniami, z którymi borykają się dziś ekosystemy przesączania zimnego i ich społeczności, są ściółka dna morskiego, zanieczyszczenia chemiczne i zmiana klimatu. Ściółka z dna morskiego zmienia siedlisko, zapewniając twarde podłoże tam, gdzie wcześniej go nie było, lub pokrywając osad, hamując wymianę gazową i ingerując w organizmy na dnie morza. Badania odpadów morskich w Morzu Śródziemnym obejmują badania szczątków dna morskiego na szelfie kontynentalnym, zboczach i równinach kąpielowych. W większości badań przedmioty z tworzyw sztucznych stanowiły większość śmieci, czasami nawet 90% lub więcej całości, ze względu na ich wszechobecne użycie i słabą degradowalność.

Broń i bomby również wyrzucano do morza, a ich zrzucanie na otwarte wody przyczynia się do zanieczyszczenia dna morskiego. Innym poważnym zagrożeniem dla fauny bentosowej jest obecność zagubionych narzędzi połowowych, takich jak sieci i sznury haczykowe, które przyczyniają się do połowów duchów i mogą uszkadzać delikatne ekosystemy, takie jak koralowce zimnowodne.

Zanieczyszczenia chemiczne, takie jak trwałe zanieczyszczenia organiczne , toksyczne metale (np. Hg, Cd, Pb, Ni), związki radioaktywne, pestycydy, herbicydy i farmaceutyki również gromadzą się w osadach głębinowych. Topografia (np. obecność kanionów) i hydrografia (np. zdarzenia kaskadowe) odgrywają główną rolę w transporcie i akumulacji tych chemikaliów z wybrzeża i szelfu do głębokich basenów, wpływając na lokalną faunę. Niedawne badania wykryły obecność znacznego poziomu dioksyn w komercyjnych krewetkach Aristeus antennatus oraz znaczny poziom trwałych zanieczyszczeń organicznych w mezopelagicznych i batypelagicznych głowonogach

Procesy związane z klimatem i zmiana klimatu wpłyną na częstotliwość i intensywność kaskad, z nieznanym wpływem na faunę bentosową. Inny potencjalny skutek zmian klimatu jest związany z transportem energii z wód powierzchniowych do dna morskiego. Produkcja pierwotna zmieni się w warstwach powierzchniowych, na przykład w zależności od nasłonecznienia, temperatury wody, głównego rozwarstwienia mas wody, co wpłynie na łańcuch pokarmowy aż do głębokiego dna morskiego, który będzie podlegał różnicom w ilości, jakości i czasie wsadu materii organicznej. Ponieważ rybołówstwo komercyjne przenosi się na głębsze wody, wszystkie te skutki będą miały wpływ na społeczności i populacje organizmów żyjących w zimnych wyciekach i ogólnie na głębinach morskich.

Zobacz też

Ten artykuł zawiera dzieło należące do domeny publicznej rządu Stanów Zjednoczonych z odniesień i CC-BY-2.5 z odniesień oraz tekst CC-BY-3.0 z odniesień

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Cold_seep&oldid=1137527534 ”