Hidrotermikus szellőző - Hydrothermal vent
Tengeri élőhelyek |
---|
A hidrotermikus szellőzőnyílás a tengerfenéken lévő repedés , amelyből geotermikusan felmelegített víz távozik. A hidrotermikus szellőzőnyílások általában a vulkanikusan aktív helyek közelében találhatók , olyan területeken, ahol a tektonikus lemezek távolodnak egymástól a szóróközpontokban , az óceáni medencékben és a gócpontokban . A hidrotermikus lerakódások kőzetek és ásványi érc lerakódások, amelyek hidrotermikus szellőzők hatására keletkeznek.
Hidrotermikus szellőzőnyílások léteznek, mivel a föld geológiailag aktív, és nagy mennyiségű víz van a felszínén és a kéregében. A tenger alatt a hidrotermikus szellőzőnyílások fekete dohányosoknak vagy fehér dohányosoknak nevezhetők . A mélytenger nagy részéhez képest a tengeralattjáró hidrotermális szellőzőnyílásai környékei biológiailag termelékenyebbek, gyakran otthont adnak a szellőzőfolyadékokban oldott vegyi anyagok által táplált összetett közösségeknek. A kemoszintetikus baktériumok és az archaea képezik az élelmiszerlánc alapját, és támogatják a különböző organizmusokat, beleértve az óriás csőférgeket , kagylókat, nyálkákat és rákokat. Aktív hidrotermikus úgy gondolják, hogy létezik a Jupiter 's hold Europa és Saturn s hold Enceladus , és úgy véljük, hogy az ókori hidrotermikus létezett egyszer Mars .
Fizikai tulajdonságok
A mély óceán hidrotermális szellőzőnyílásai általában az óceán közepén fekvő gerinc mentén , például a Csendes -óceán keleti részén és a Közép-Atlanti -hegygerincen alakulnak ki . Ezeken a helyeken két tektonikus lemez eltér, és új kéreg képződik.
A tengerfenék hidrotermális szellőzőnyílásaiból származó víz többnyire tengervízből áll, amelyet a vulkáni építmény közelében lévő hidrotermális rendszerbe szívnak fel hibák és porózus üledékek vagy vulkáni rétegek révén, valamint néhány feláramló magma által kibocsátott mágikus vizet . A földi hidrotermális rendszerekben, a legtöbb vizet belül forgalomban fumarole és gejzír rendszerek csapadékvíz plusz talajvíz , amely már átjárta le a termál rendszer a felületről, de ez is általában tartalmaz bizonyos részének metamorf víz , magmás vizet , és az üledékes képződő sóoldat , amelyet a magma szabadít fel. Mindegyik aránya helyenként változik.
Ellentétben a körülbelül 2 ° C (36 ° F) környezeti vízhőmérséklettel ezeken a mélységeken, ezekből a szellőzőnyílásokból 60 ° C (140 ° F) és 464 ° C (867 ° F) közötti hőmérséklet emelkedik ki. . Az ilyen mélységekben lévő magas hidrosztatikus nyomás miatt a víz folyékony formában vagy szuperkritikus folyadékként létezhet ilyen hőmérsékleten. A (tiszta) víz kritikus pontja 215 atmoszféra nyomáson 375 ° C (707 ° F) .
Azonban a sótartalom bevezetése a folyadékba megemeli a kritikus pontot magasabb hőmérsékletre és nyomásra. A tengervíz (3,2 tömeg % NaCl) kritikus pontja 407 ° C (765 ° F) és 298,5 bar, ami ~ 2960 m (9710 láb) tengerszint alatti mélységnek felel meg. Ennek megfelelően, ha egy hidrotermikus folyadék sótartalma 3,2 tömeg %. A 407 ° C (765 ° F) és 298,5 bar feletti NaCl szellőzők szuperkritikusak. Továbbá kimutatták, hogy a szellőzőfolyadékok sótartalma nagymértékben változik a kéreg fázisszétválása miatt. Az alacsony sótartalmú folyadékok kritikus pontja alacsonyabb hőmérsékleten és nyomáson van, mint a tengervízé, de magasabb, mint a tiszta vízé. Például egy 2,24 tömeg % -os szellőzőfolyadék. A % NaCl sótartalom kritikus pontja 400 ° C (280 ° F) és 280,5 bar. Így egyes hidrotermális szellőzőnyílások legmelegebb részeiből kilépő víz szuperkritikus folyadék lehet, amely fizikai tulajdonságokkal rendelkezik a gáz és a folyadék tulajdonságai között .
A szuperkritikus szellőzésre több helyen is találunk példákat. Sister Peak (Comfortless Cove hidrotermális mező, 4 ° 48′S 12 ° 22′W / 4.800 ° D 12.367 ° W , mélység 2999 m vagy 9829 láb) szellőzőnyílások alacsony sótartalmú, fázissal elválasztott , gőztípusú folyadékok. A tartós szellőzést nem találták szuperkritikusnak, de egy rövid, 464 ° C (867 ° F) injekció jóval meghaladta a szuperkritikus körülményeket. Egy közeli helyszínről, a Turtle Pitsről kiderült, hogy 407 ° C -on (765 ° F) alacsony sótartalmú folyadékot enged ki, ami ezen a sótartalomnál a folyadék kritikus pontja felett van. A Kajmán -árok Beebe nevű szellőzőhelye , amely a világ legmélyebb ismert hidrotermális helye ~ 5000 méterrel (16 000 láb) a tengerszint alatt, tartós szuperkritikus szellőzést mutatott 401 ° C -on és 2,3 tömeg% NaCl -on.
Bár több helyszínen szuperkritikus körülményeket figyeltek meg, egyelőre nem tudni, hogy a szuperkritikus szellőzésnek milyen jelentősége van, ha van egyáltalán, a hidrotermális keringés, az ásványi lerakódások képződése, a geokémiai fluxusok vagy a biológiai aktivitás szempontjából.
A szellőző kémény kezdeti szakaszai az ásványi anhidrit lerakódásával kezdődnek . Ezután a réz , vas és cink szulfidjai kicsapódnak a kéményrésekben, így idővel kevésbé porózusak . Napi 30 cm (1 láb) nagyságú szellőzőnyílásokat regisztráltak. A Fidzsi-szigetek partjainál található mélytengeri szellőzőnyílások 2007. áprilisi feltárása megállapította, hogy ezek a nyílások jelentős oldott vasforrásnak számítanak (lásd vasciklus ).
Fekete dohányosok és fehér dohányosok
Néhány hidrotermikus szellőzőnyílás nagyjából hengeres kéményszerkezeteket képez. Ezek a szellőzőfolyadékban feloldott ásványokból képződnek. Amikor a túlhevített víz érintkezik a majdnem fagyos tengervízzel, az ásványok kicsapódva részecskéket képeznek, amelyek növelik a kötegek magasságát. Ezen kéményszerkezetek némelyike eléri a 60 m magasságot. Egy ilyen toronymagas szellőzőnyílás példája volt a "Godzilla", egy szerkezet a Csendes -óceán mély tengerfenékén, Oregon közelében , amely 40 m -re emelkedett, mielőtt 1996 -ban felborult.
A fekete dohányos vagy mély tenger vent egy olyan típusú hidrotermális légtelenítő található a tengerfenéken , tipikusan az bathyal övezetben (a legnagyobb gyakorisággal mélységben 2500 m 3000 m), hanem a kisebb mélységben, valamint mélyebb a mélységi zónában . Fekete, kéményszerű szerkezeteknek tűnnek, amelyek fekete anyagfelhőt bocsátanak ki. A fekete dohányosok általában magas kéntartalmú ásványi anyagokat vagy szulfidokat tartalmazó részecskéket bocsátanak ki. Fekete dohányosok keletkeznek több száz méter széles mezőkön, amikor a földkéreg alól túlfűtött víz jut az óceán fenekére (a víz elérheti a 400 ° C feletti hőmérsékletet). Ez a víz gazdag a kéregből származó oldott ásványi anyagokban, különösen szulfidokban . Amikor hideg óceáni vízzel érintkezik, sok ásvány kicsapódik, és fekete, kéményszerű szerkezetet képez minden szellőzőnyílás körül. A lerakódott fémszulfidok idővel hatalmas szulfidérc lerakódásokká válhatnak . Néhány fekete dohányosok az Azori részét a Mid Atlantic Ridge rendkívül gazdag fém tartalom, mint például a szivárvány 24.000 uM koncentrációjú vas .
A fekete dohányosokat először 1979 -ben fedezték fel a Csendes -óceán keleti részén , a Scripps Institute of Oceanography tudósai a RISE projekt során . Ezeket a Woods Hole Oceanográfiai Intézet ALVIN mélymerülő járművével figyelték meg . Most ismert, hogy fekete dohányosok léteznek az Atlanti -óceánban és a Csendes -óceánban, átlagosan 2100 méter mélyen. A legészakibb fekete dohányosok egy klaszter öt elemzi Loki Castle felfedezett 2008-ban a tudósok a University of Bergen át 73 ° N , az Atlanti-hátság között Grönland és Norvégia . Ezek a fekete dohányosok érdekesek, mivel a földkéreg egy stabilabb területén helyezkednek el, ahol a tektonikus erők kisebbek, és ezért kevésbé gyakoriak a hidrotermikus szellőzők. A világ legmélyebb ismert fekete dohányosai a Kajmán -árokban találhatók , 5000 méterrel (3,1 mérföld) az óceán felszíne alatt.
A fehér füstölgő szellőzők világosabb árnyalatú ásványokat bocsátanak ki, például olyanokat, amelyek báriumot , kalciumot és szilíciumot tartalmaznak . Ezek a szellőzőnyílások általában alacsonyabb hőmérsékletű tollakkal is rendelkeznek, valószínűleg azért, mert általában távol vannak a hőforrástól.
A fekete -fehér dohányosok együtt élhetnek ugyanabban a hidrotermikus mezőben, de általában proximális (közeli) és távoli (távoli) szellőzőnyílásokat jelentenek a fő feláramlási zónához. A fehér dohányosok azonban leginkább az ilyen hidrotermális mezők fogyó szakaszainak felelnek meg, mivel a mágikus hőforrások fokozatosan távolodnak a forrástól (a magma kristályosodása miatt), és a hidrotermikus folyadékokat a tengervíz uralja a magmás víz helyett. Az ilyen típusú szellőzőnyílásból származó ásványi folyadékok kalciumban gazdagok, és túlnyomórészt szulfátban gazdag (azaz barit és anhidrit) és karbonát lerakódásokat képeznek .
A hidrotermikus szellőzők biológiája
Az életet hagyományosan a napból származó energiának tekintik, de a mélytengeri élőlények nem férnek hozzá a napfényhez, ezért a hidrotermális szellőzőnyílások körüli biológiai közösségeknek a poros kémiai lerakódásokban és a hidrotermális folyadékokban található tápanyagokon kell múlniuk. Korábban Benthic oceanográfus feltételezhető, hogy vent organizmusok függtek tengeri hó , mint a mélytengeri élőlények. Ez függővé tenné őket a növények életétől és ezáltal a naptól. Néhány hidrotermikus szellőző szervezet valóban fogyasztja ezt az "esőt", de csak ilyen rendszerrel az életformák ritkák lennének. A környező tengerfenékhez képest azonban a hidrotermikus szellőzőzónák 10–100 000 -szer nagyobb élőlénysűrűségűek.
A hidrotermikus szellőzőnyílásokat a kemoszintetikus alapú ökoszisztémák (CBE) egyik típusaként ismerik el, ahol az elsődleges termelékenységet a fény helyett kémiai vegyületek táplálják ( kemoautotrófia ). A hidrotermikus szellőzőközösségek képesek ilyen nagy mennyiségű életet fenntartani, mivel a szellőző szervezetek táplálékként a kemoszintetikus baktériumoktól függenek. A hidrotermikus szellőzőből származó víz oldott ásványi anyagokban gazdag, és támogatja a kemoautotróf baktériumok nagy populációját. Ezek a baktériumok kénvegyületeket, különösen hidrogén -szulfidot használnak , amely a legtöbb ismert organizmusra erősen mérgező vegyi anyag, hogy szerves anyagokat állítsanak elő a kemoszintézis során .
Biológiai közösségek
Az így kialakult ökoszisztéma a hidrotermikus szellőzőmező, mint elsődleges energiaforrás fennmaradásától függ, amely eltér a legtöbb felszíni élettől, amely a napenergián alapul . Bár gyakran azt mondják, hogy ezek a közösségek a naptól függetlenül léteznek, néhány organizmus valójában a fotoszintetikus szervezetek által termelt oxigéntől függ, míg mások anaerobok .
A kemoszintetikus baktériumok vastag szőnyeggé nőnek fel, amely vonz más organizmusokat, például amfipodákat és koppodákat , amelyek közvetlenül a baktériumokra legelnek. Nagyobb organizmusok, mint például csigák, garnélarák, rákok, cső férgek , hal (különösen anyaangolnára , synaphobranchidae , ophidiiforms és Symphurus thermophilus ), és polipok (nevezetesen Vulcanoctopus hydrothermalis ), alkotnak tápláléklánc ragadozó és zsákmány kapcsolatok fölött az elsődleges fogyasztók. A fő családok élőlények körül találhatók tengerfenék szellőzőnyílások Annelids , pogonophorans , csigák , és rákok, nagy kagylók , vestimentiferan férgek, és a „vak” garnéla alkotó nagy részét nem mikrobiális élőlények.
A Siboglinid csőférgek , amelyek a legnagyobb fajoknál akár 2 m (6,6 láb) magasra is megnőhetnek, gyakran a közösség fontos részét képezik egy hidrotermikus szellőzőnyílás körül. Nincs szájuk vagy emésztőrendszerük, és a parazita férgekhez hasonlóan elnyelik a baktériumok által termelt tápanyagokat a szöveteikben. Körülbelül 285 milliárd baktérium található uncia csőférges szövetben. A csőférgek vörös tollakkal rendelkeznek, amelyek hemoglobint tartalmaznak . A hemoglobin kombinálódik hidrogén -szulfiddal, és továbbítja azt a féregben élő baktériumoknak. Cserébe a baktériumok szénvegyületekkel táplálják a férget. A hidrotermikus nyílásban élő fajok közül kettő a Tevnia jerichonana és a Riftia pachyptila . Egy felfedezett közösség, szinkronizált „ angolna Város ” Főleg az angolna Dysommina rugosa . Bár az angolna nem ritka, a gerinctelenek általában uralják a hidrotermális szellőzőnyílásokat. Az angolna a Nafanua vulkáni kúp , Amerikai Szamoa közelében található .
1993 -ban már több mint 100 haslábú fajt ismertek hidrotermális szellőzőnyílásokban. Több mint 300 új fajt fedeztek fel a hidrotermikus szellőzőnyílásokon, amelyek közül sokan "testvérfajok", mások földrajzilag elkülönített szellőzőterületeken találhatók. Azt javasolták, hogy mielőtt az észak-amerikai lemez felülbírálta volna az óceán középső gerincét , egyetlen biogeográfiai szellőzőrégiót találtak a Csendes-óceán keleti részén. Az ezt követő utazási akadály megkezdte a fajok evolúciós divergenciáját a különböző helyeken. A különböző hidrotermális szellőzőnyílások közötti konvergens evolúció példái a természetes kiválasztódás és az evolúció egészének elméletét támasztják alá.
Bár az élet nagyon ritka ezeken a mélységeken, a fekete dohányosok egész ökoszisztémák központjai . A napfény nem létezik, ezért sok organizmus, mint például az archaea és az extremofilek , a fekete dohányosok által biztosított hőt, metánt és kénvegyületeket energiává alakítják át a kemoszintézisnek nevezett folyamat révén . Bonyolultabb életformák, például kagylók és csőférgek táplálkoznak ezekkel az élőlényekkel. A tápláléklánc tövében lévő élőlények ásványi anyagokat is leraknak a fekete dohányos bázisába, ezzel befejezve az életciklusát .
Egy fototróf baktériumfajt találtak egy fekete dohányos közelében, Mexikó partjainál , 2500 m (8200 láb) mélységben. A napfény nem hatol be ennyire a vizekbe. Ehelyett a Chlorobiaceae családhoz tartozó baktériumok a fekete dohányos halvány fényét használják a fotoszintézishez . Ez az első organizmus, amelyet a természetben fedeztek fel, és kizárólag a napfénytől eltérő fényt használ a fotoszintézishez.
A fekete dohányosok szomszédságában folyamatosan új és szokatlan fajokat fedeznek fel. A Pompeii féreg Alvinella pompejana , amely képes ellenállni a hőmérséklet legfeljebb 80 ° C (176 ° F), találtak az 1980-as években, és egy pikkelyes-láb csigák Chrysomallon squamiferum 2001 során egy expedíciót a Indiai-óceán „s Kairei hidrotermális szellőzőmező. Ez utóbbi vas -szulfidokat ( pirit és greigit) használ a bőr szkleritjeinek (megkeményedett testrészei) szerkezetéhez, kalcium -karbonát helyett . Úgy gondolják, hogy a 2500 m víznyomás (körülbelül 25 megapascal vagy 250 atmoszféra ) extrém nyomása szerepet játszik a vas -szulfid biológiai célú stabilizálásában. Ez páncélzat valószínűleg szolgál elleni védekezés a mérges radula (fog) a ragadozó csigák ebben a közösségben.
2017 márciusában a kutatók bizonyítékokat közöltek a Föld legrégebbi életformáiról . A feltételezett megkövesedett mikroorganizmusokat találtak hidrotermális szellőző csapódik Nuvvuagittuq Belt of Quebec, Kanada , amelyek éltek, mint már 4.280 milliárd évvel ezelőtt , nem sokkal az óceánok képződött 4,4 milliárd évvel ezelőtt , és nem sokkal azután, hogy megalakult a Föld 4,54 milliárd évvel ezelőtt.
Állat-bakteriális szimbiózis
A hidrotermikus szellőző ökoszisztémák hatalmas biomasszával és termelékenységgel rendelkeznek, de ez a szellőzőnyílásokon kialakult szimbiotikus kapcsolatokon nyugszik. A mélytengeri hidrotermális szellőző ökoszisztémák különböznek sekély vizű és szárazföldi hidrotermális társaiktól a makrogerinctelen gazdák és a kemoautotróf mikrobiális szimbiionok közötti szimbiózis miatt. Mivel a napfény nem éri el a mélytengeri hidrotermális szellőzőnyílásokat, a mélytengeri hidrotermikus szellőzőnyílásokban élő szervezetek nem tudnak energiát nyerni a naptól a fotoszintézis végrehajtásához. Ehelyett a hidrotermális szellőzőnyílásokon található mikrobiális élet kémiai szintetikus; vegyi anyagok, például szulfid energiájának felhasználásával rögzítik a szenet, szemben a napból származó fényenergiával. Más szavakkal, a szimbiont szervetlen molekulákat (H 2 S, CO 2 , O) szerves molekulákká alakít át , amelyeket a gazda ezután táplálékként használ fel. A szulfid azonban rendkívül mérgező anyag a legtöbb földi élet számára. Emiatt a tudósok meglepődtek, amikor 1977 -ben először találtak élettel teli hidrotermális szellőzőnyílásokat. Felfedezték a szellőző állatok kopoltyúiban (endoszimbiózisban) élő kemoautotrófok mindenütt jelen lévő szimbiózisát; annak az oka, hogy a többsejtű élet képes túlélni a szellőzőrendszerek toxicitását. A tudósok ezért most azt tanulmányozzák, hogy a mikrobiális szimbiontok hogyan segítik a szulfid -méregtelenítést (ezáltal lehetővé téve a gazdaszervezetnek, hogy túlélje az egyébként mérgező körülményeket). A mikrobiom funkcióval kapcsolatos munka azt mutatja, hogy a gazdaszervezethez kapcsolódó mikrobiomák szintén fontosak a gazdaszervezetek fejlődésében, a táplálkozásban, a ragadozók elleni védekezésben és a méregtelenítésben. Cserébe a gazdaszervezet a kemoszintézishez szükséges vegyi anyagokkal látja el a szimbiontot, például szénnel, szulfiddal és oxigénnel.
A hidrotermikus szellőzőnyílások életének tanulmányozásának korai szakaszában különböző elméletek léteztek arról, hogy milyen mechanizmusok révén tudták a többsejtű szervezetek tápanyagokat beszerezni ezekből a környezetekből, és hogyan tudtak túlélni ilyen extrém körülmények között. 1977-ben feltételezték, hogy a hidrotermális szellőzőnyílásokon lévő kemoautotróf baktériumok felelősek lehetnek a szuszpenzióval táplált kéthéjú táplálkozáshoz.
Végül 1981 -ben megértették, hogy az óriás csőférges táplálkozás megszerzése a kemoautotróf bakteriális endoszimbiontok következtében következett be. Amint a tudósok tovább tanulmányozták az életet hidrotermikus szellőzőnyílásokon, megértették, hogy a kemoautotrófok és a makrofauna gerinctelen fajok közötti szimbiotikus kapcsolatok mindenütt jelen vannak. Például 1983 -ban megerősítették, hogy a kagyló kopoltyúszövet bakteriális endoszimbiontokat tartalmaz; 1984 -ben a szellőző batymodiolid kagylókról és a vesicomyid kagylókról is kiderült, hogy endoszimbiontokat hordoznak.
Azonban a mechanizmusok, amelyek révén az organizmusok megszerzik szimbiionjaikat, különböznek, csakúgy, mint az anyagcsere -kapcsolatok. Például a csőférgeknek nincs szájuk és bélük, de van egy "trofoszómájuk", amely a táplálkozással foglalkozik, és ahol megtalálhatók az endoszimbiontaik. Világos vörös tollaik is vannak, amelyekkel olyan vegyületeket vesznek fel, mint az O, H 2 S és a CO 2 , amelyek táplálják a trofoszómájukban található endoszimbiontokat. Figyelemre méltó, hogy a csőférgek hemoglobinja (ami egyébként a tollak élénkvörös színének oka) képes oxigént szállítani a szulfid interferenciája vagy gátlása nélkül, annak ellenére, hogy az oxigén és a szulfid általában nagyon reakcióképesek. 2005 -ben felfedezték, hogy ez lehetséges a cinkionok miatt, amelyek megkötik a csőférgek hemoglobinjában lévő hidrogén -szulfidot, így megakadályozzák a szulfid reakcióját az oxigénnel. Ezenkívül csökkenti a csőférgek szövetét a szulfiddal való érintkezéstől, és biztosítja a baktériumoknak a szulfidot a kemoautotrófia elvégzéséhez. Azt is felfedezték, hogy a csőférgek két különböző módon metabolizálhatják a CO 2 -ot , és szükség szerint váltakozhatnak a kettő között, amikor a környezeti feltételek megváltoznak.
1988-ban a kutatások megerősítették a tiotróf (szulfid-oxidáló) baktériumokat az Alvinochonca hessleri-ben , egy nagy szellőző puhatestűben. A szulfid toxicitásának megkerülése érdekében a kagylók először tioszulfáttá alakítják, mielőtt átviszik a szimbiiontokba. A mozgékony organizmusok, például az alvinocarid garnélarák esetében nyomon kell követniük az oxigénben gazdag (oxigénben gazdag) / anoxikus (oxigénszegény) környezetet, amikor ingadoznak a környezetben.
A hidrotermikus szellőzőmezők szélén élő élőlények, például a pektinid fésűkagyló, szintén kopoltyúkban hordoznak endoszimbiontokat, és ennek következtében a baktériumok sűrűsége alacsony a szellőzőnyílás közelében élő szervezetekhez képest. Ugyanakkor a fésűkagyló függősége a mikrobiális endoszimbionttól táplálkozásuk megszerzése érdekében szintén csökken.
Továbbá nem minden gazdaállat rendelkezik endoszimbiontákkal; egyeseknek epizimbiontái vannak - szimbiiontok, akik az állaton élnek, szemben az állatok belsejével. A Közép-atlanti-gerinc szellőzőnyílásain található garnélarákokról egykor kivételt képeztek a szembetegségek szükségessége miatt a makrogerinctelenek túléléséhez. Ez 1988 -ban megváltozott, amikor felfedezték, hogy epizimbiontokat hordoznak. Azóta a szellőzőnyílásokon lévő egyéb organizmusokról is kiderült, hogy epizimbiontokat is hordoznak, mint például a Lepetodrilis fucensis.
Továbbá, míg egyes szimbiontok redukálják a kénvegyületeket, mások "metanotrófok" néven ismertek, és redukálják a szénvegyületeket, nevezetesen a metánt. A Bathmodiolid kagylók egy példa arra a gazdaszervezetre, amely metanotróf endoszimbiontokat tartalmaz; ez utóbbiak azonban többnyire hideg szivárgásokban fordulnak elő, szemben a hidrotermikus szellőzőnyílásokkal.
Míg a mély óceánon végbemenő kemoszintézis lehetővé teszi az élőlények számára, hogy közvetlen értelemben napfény nélkül éljenek, technikailag továbbra is a Napra támaszkodnak a túléléshez, mivel az óceán oxigénje a fotoszintézis mellékterméke. Ha azonban a nap hirtelen eltűnne, és a fotoszintézis megszűnne bolygónkon, az élet a mélytengeri hidrotermális szellőzőnyílásokon évezredeken keresztül folytatódhat (amíg az oxigén el nem fogy).
Az élet hidrotermális eredetének elmélete
A hidrotermikus szellőzőnyílások kémiai és termikus dinamikája miatt az ilyen környezetek termodinamikailag rendkívül alkalmasak a kémiai evolúciós folyamatok lebonyolítására. Ezért a hőenergia -fluxus állandó ágens, és feltételezések szerint hozzájárult a bolygó fejlődéséhez, beleértve a prebiotikus kémiát is.
Günter Wächtershäuser a vas-kén világ elméletét javasolta, és azt sugallta, hogy az élet hidrotermikus szellőzőnyílásokból származhat . Wächtershäuser azt javasolta, hogy az anyagcsere korai formája megelőzze a genetikát. Az anyagcsere alatt olyan kémiai reakciók körét értette, amelyek olyan energiát szabadítanak fel, amelyet más folyamatok hasznosíthatnak.
Azt javasolták, hogy az aminosavszintézis a földkéreg mélyén történhetett volna, és hogy ezeket az aminosavakat hidrotermikus folyadékokkal együtt a hidegebb vizekbe lőtték, ahol az alacsonyabb hőmérséklet és az agyagásványok jelenléte elősegítette volna a peptidek és protocellák . Ez egy vonzó hipotézis, mert a rengeteg a CH 4 ( metán ) és NH 3 ( ammónia ) jelen hidrotermális nyílás régiókban, a feltétellel, hogy nem biztosított a Föld primitív légkörben. Ennek a hipotézisnek a fő korlátja a szerves molekulák stabilitásának hiánya magas hőmérsékleten, de néhányan azt sugallják, hogy az élet a legmagasabb hőmérsékletű zónákon kívülről származik. Számos extremofil és más élőlényfaj él jelenleg a mélytengeri szellőzőnyílások körül, ami arra utal, hogy ez valóban lehetséges forgatókönyv.
Kísérleti kutatás és a számítógépes modellezés azt jelzik, hogy a felületek az ásványi részecskék belsejében hidrotermikus hasonló katalitikus tulajdonságokkal rendelkezik, hogy az enzimek és képesek létrehozni egyszerű szerves molekulák, mint például a metanol (CH 3 OH) és hangyasavat (HCO 2 H), ki a feloldott CO 2 -t a vízben.
Úgy gondolják, hogy a lúgos hidrotermikus szellőzőnyílások (fehér dohányosok) pH -viszonyuk miatt alkalmasabbak lehetnek a feltörekvő életre, mint a fekete dohányosok.
A mély forró bioszféra
Az elején az ő 1992 papír The Deep Hot bioszféra , Thomas Arany említett óceán szellőzők alátámasztására elmélet, hogy az alacsonyabb szintű a föld gazdag élő biológiai anyag, amely megtalálja az utat a felszínre. A The Deep Hot Biosphere című könyvben tovább bővítette elképzeléseit .
A Science folyóirat 2008. februári számában az abiogenikus szénhidrogén -termelésről szóló cikk a Lost City hidrotermális mezőben végzett kísérletek adatait használva jelentette be, hogyan fordulhat elő az alacsony molekulatömegű szénhidrogének abiotikus szintézise a köpenyből származó szén -dioxidból ultramafikus kőzetek, víz jelenlétében , és mérsékelt mennyiségű hő.
Felfedezés és felfedezés
1949 -ben egy mélyvízi felmérés rendellenesen forró sóoldatokról számolt be a Vörös -tenger középső részén . Az 1960 -as évek későbbi munkái megerősítették a forró, 60 ° C -os (140 ° F), sós sóoldatok és a hozzájuk tartozó fémiszapok jelenlétét. A forró oldatokat származó aktív subseafloor Rift . A vizek erősen sós jellege nem volt vendégszerető az élő szervezetek számára. A sóoldatokat és a hozzájuk tartozó iszapokat jelenleg bányászható nemes- és nemesfémek forrásaként vizsgálják.
1976 júniusában a Scripps Oceanográfiai Intézet tudósai megkapták az első bizonyítékot a tengeralattjáró hidrotermális szellőzőnyílásaira a Galápagos-hasadék mentén, a Csendes-óceán keleti részének sarkán , a Pleiades II expedíción, a Deep-Tow tengerfenék-képalkotó rendszer segítségével. 1977 -ben a Scripps Oceanográfiai Intézet tudósai publikálták az első tudományos dolgozatokat a hidrotermikus szellőzőnyílásokról ; Peter Lonsdale kutató kutató mélyvontatású kamerákról készített fényképeket, Kathleen Crane doktorandusz pedig térképeket és hőmérsékleti anomália-adatokat tett közzé. A „Kagyló-sütés” becenevű helyszínen transzpondereket telepítettek, hogy az expedíció a következő évben visszatérhessen a DSV Alvin közvetlen megfigyeléseihez .
A Galápagos Rift tengeralattjáró hidrotermális szellőzőnyílásait körülvevő kemoszintetikus ökoszisztémákat először közvetlenül 1977 -ben figyelték meg, amikor a National Science Foundation által finanszírozott tengeri geológusok egy csoportja visszatért a Clambake helyszíneire. A merülő tanulmány fő kutatója Jack Corliss, az Oregoni Állami Egyetem munkatársa volt . Corliss és Tjeerd van Andel, a Stanford Egyetem munkatársai 1977. február 17 -én megfigyeltek és mintát vettek a szellőzőnyílásokból és azok ökoszisztémájából, miközben a Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) által üzemeltetett DSV Alvin kutatóbúvárban merültek. A kutatóhajó további tudósai közé tartozott Richard (Dick) Von Herzen és Robert Ballard a WHOI -ból, Jack Dymond és Louis Gordon az Oregoni Állami Egyetemről, John Edmond és Tanya Atwater a Massachusetts Institute of Technology -ból , Dave Williams az Egyesült Államok Geológiai Szolgálatából és Kathleen Crane, a Scripps Intézet Oceanográfiai Intézete . Ez a csapat a Science folyóiratban tette közzé megfigyeléseit a szellőzőnyílásokról, az élőlényekről és a szellőzőfolyadékok összetételéről. 1979 -ben a WHOI idején J. Frederick Grassle vezette biológuscsapat visszatért ugyanarra a helyre, hogy megvizsgálja a két évvel korábban felfedezett biológiai közösségeket.
A magas hőmérsékletű hidrotermikus szellőzőnyílásokat, a "fekete dohányosokat" 1979 tavaszán fedezte fel a Scripps Oceanográfiai Intézet csapata a merülő Alvin segítségével . A RISE expedíció feltárta a Csendes -óceán keleti emelkedését 21 ° É -on azzal a céllal, hogy tesztelje a tengerfenék geofizikai feltérképezését az Alvinnal, és találjon egy másik hidrotermális mezőt a Galápagos -hasadék szellőzőnyílásain túl. Az expedíciót Fred Spiess és Ken Macdonald vezette, és az Egyesült Államokból, Mexikóból és Franciaországból is érkeztek résztvevők. A merülési területet a francia CYAMEX expedíció 1978-ban felfedezett szulfid ásványok tengerfenék halmai alapján választották ki. A merülési műveletek előtt Robert Ballard, az expedíció tagja egy mélyen vontatott műszercsomagot használva megállapította az alsó vízhőmérséklet-anomáliákat. Az első merülés ezen anomáliák egyikére irányult. 1979. április 15 -én, húsvét vasárnap Alvin 2600 méteres merülése során Roger Larson és Bruce Luyendyk hidrotermális szellőzőmezőt találtak, amelynek biológiai közössége hasonló a Galápagos -szellőzőnyílásokhoz. Egy következő, április 21 -i merülés során William Normark és Thierry Juteau felfedezték a magas hőmérsékletű szellőzőnyílásokat, amelyek fekete ásványi részecskék sugarait bocsátották ki a kéményekből; a fekete dohányosok. Ezt követően Macdonald és Jim Aiken hőmérséklet -szondát vitt Alvinhoz, hogy megmérje a víz hőmérsékletét a fekete dohányos szellőzőnyílásokon. Ez a legmagasabb hőmérsékletet a mélytengeri hidrotermális szellőzőnyílásoknál (380 ± 30 ° C) figyelte meg. A fekete füstölésű anyagok és az őket tápláló kémények elemzése során kiderült, hogy a vas -szulfid csapadékok a kémény "füstjének" és falának közös ásványai.
2005-ben a Neptunusz Resources NL, ásványi feltárási társaság, az alkalmazott és kapott 35.000 km 2 feltárási jogokat a Kermadec Arc Új-Zéland „s kizárólagos gazdasági övezetében , hogy vizsgálja meg a tengerfenékre masszív szulfid betétek , a potenciális új forrást ólom - cink - réz -szulfidok, amelyek a modern hidrotermikus szellőzőmezőkből képződnek. A Costa Rica-i Csendes-óceán partján , a Medusa hidrotermikus szellőzőmezőjének ( a görög mitológia kígyószőke Medúza után) szellőzőnyílás felfedezését 2007 áprilisában jelentették be. Az Ashadze hidrotermikus mezőt (É. Az Atlantic Ridge, -4200 m tengerszint feletti magasság volt a legmélyebb ismert magas hőmérsékletű hidrotermális mező 2010 -ig, amikor a Beebe telephelyről ( 18 ° 33′N 81 ° 43′W , -5000 m tengerszint feletti magasságban) származó hidrotermális tollazatot észlelt egy a NASA Jet Propulsion Laboratory és a Woods Hole Oceanográfiai Intézet tudósainak csoportja . Ez az oldal a 110 km hosszú, ultralassú, Közép-Kajmán-emelkedőn, a Kajmán-árokban található . 2013 elején a legmélyebb ismert hidrotermális szellőzőnyílásokat fedezték fel a Karib -tengeren , majdnem 5000 méter (16 000 láb) mélységben. / 18,550 ° É 81,717 ° W
Az óceánkutatók tanulmányozzák a Juan de Fuca óceán közepén fekvő gerinc vulkánjait és hidrotermális szellőzőnyílásait, ahol a tektonikus lemezek távolodnak egymástól.
A hidrotermikus szellőzőnyílásokat és más geotermikus megnyilvánulásokat jelenleg a Bahía de Concepciónban, Baja California Sur -ban, Mexikóban vizsgálják.
terjesztés
A hidrotermikus szellőzőnyílások a Föld lemezeinek határai mentén vannak elosztva, bár előfordulhatnak a lemezen belüli helyeken, például a hotspot vulkánokban is. 2009 -ig megközelítőleg 500 ismert aktív tengeralattjáró hidrotermális szellőzőmező volt, amelyeknek a fele vizuálisan a tengerfenéken, a másik fele pedig a vízoszlop -mutatók és/vagy a tengerfenék lerakódásai alapján gyanítható. Az InterRidge programiroda globális adatbázist tárol az ismert aktív tengeralattjáró hidrotermális szellőzőmezők helyéről .
Rogers és mtsai. (2012) a hidrotermikus szellőzőrendszerek legalább 11 biogeográfiai tartományát ismerte el :
- Közép-atlanti Ridge tartomány,
- Kelet -Skócia Ridge tartomány,
- Csendes -óceán északi keleti tartománya,
- a Csendes -óceán keleti részének középső tartománya,
- a Csendes -óceán déli keleti részének tartománya,
- a húsvéti mikrotáblától délre ,
- Indiai -óceán tartomány,
- négy tartomány a Csendes -óceán nyugati részén és még sok más.
Kizsákmányolás
A hidrotermikus szellőzőnyílások egyes esetekben a tengerfenék hatalmas szulfidlerakódásainak lerakódásával kizsákmányolható ásványi erőforrásokhoz vezettek . A Mount Isa orebody található Queensland , Ausztrália , kiváló példája. Sok hidrotermikus szellőzőnyílás gazdag kobaltban , aranyban , rézben és ritkaföldfémekben, amelyek nélkülözhetetlenek az elektronikus alkatrészekhez. Hidrotermális szellőző a Archean tengerfenéken tekinthető, hogy alakult Algoma típusú sávos vas formációk , amelyek forrása volt, vasérc .
A közelmúltban az ásványkincs-kutató társaságok-a nemesfém-ágazatban a 2000-es évek közepén tapasztalt emelkedett árelőnyök miatt-az ásványi erőforrásoknak a tengerfenéken lévő hidrotermális mezőkről történő kitermelésére irányultak. Elméletileg jelentős költségcsökkentés lehetséges.
Azokban az országokban, mint például Japán, ahol az ásványi erőforrásokat elsősorban nemzetközi importból nyerik, különös erőfeszítéseket tesznek a tengerfenék ásványkincsek kitermelésére. A világ első "nagyméretű" hidrotermikus szellőző ásványi lerakódását a Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC) végezte el 2017. augusztus -szeptemberben . A JOGMEC ezt a műveletet Hakurei kutatóedény segítségével hajtotta végre . Ezt a bányászatot az Okinawa-árok néven ismert hidrotermálisan aktív hátsó ívű medence „Izena lyuk/üst” szellőzőmezőjén végezték, amely az InterRidge vent adatbázis alapján 15 megerősített szellőzőmezőt tartalmaz.
Két vállalat jelenleg a tengerfenék tömeges szulfidjainak (SMS) bányászatának késői szakaszában vesz részt. A Nautilus Minerals előrehaladott stádiumban van, hogy megkezdje a kitermelést Solwarra -lelőhelyéről, a Bismarck -szigetcsoportból , és a Neptune Minerals korábbi szakaszában van a Rumble II West -lelőhelyével , amely a Kermadec -íven , a Kermadec -szigetek közelében található . Mindkét vállalat módosított meglévő technológia alkalmazását javasolja. A Nautilus Minerals a Placer Dome -nal (ma a Barrick Gold részeként ) együttműködve 2006 -ban több mint 10 tonna kitermelt SMS -t küldött vissza a felszínre egy ROV -ra szerelt módosított dobvágó segítségével. A Neptune Minerals 2007 -ben sikeresen visszanyerte az SMS -üledékmintákat egy módosított olajipari szívószivattyú segítségével, amely szintén a világon első volt.
A potenciális tengerfenéki bányászatnak környezeti hatásai vannak, beleértve a bányászati gépekből származó porszemeket, amelyek befolyásolják a szűrőbetápláló szervezeteket, az összeomló vagy újranyíló szellőzőnyílásokat, a metán-klatrát felszabadulását vagy akár az óceán alatti sziklákat. Mindkét fent említett vállalat nagy mennyiségű munkát végez annak biztosítása érdekében, hogy a tengerfenék bányászatának lehetséges környezeti hatásai jól érthetőek legyenek, és az ellenőrző intézkedéseket végrehajtsák a hasznosítás megkezdése előtt. Ezt a folyamatot azonban vitathatatlanul akadályozta a kutatási erőfeszítések aránytalan eloszlása a szellőző ökoszisztémák között: a legjobban tanulmányozott és megértett hidrotermális szellőző ökoszisztémák nem reprezentatívak a bányászat céljaira.
A múltban kísérletek történtek a tengerfenék ásványainak kiaknázására. Az 1960-as és 70-es években látott nagy aktivitás (és költségek) a helyreállítási mangán csomók a mélységi síkságok , változó sikerrel. Ez azonban azt bizonyítja, hogy lehetséges az ásványok kinyerése a tengerfenékről, és ez már egy ideje lehetséges. A mangáncsomók kitermelése fedőtörténetként szolgált a CIA 1974-es bonyolult kísérletéhez, hogy felemeljék az elsüllyedt szovjet tengeralattjárót, a K-129-et , a Glomar Explorer segítségével , amely hajó célja Howard Hughes . Az akciót projekt Azorian néven ismerték , és a mangáncsomók tengerfenéki bányászatának borító története ösztönzőleg hathatott arra, hogy más cégeket is erre ösztönözzenek.
Megőrzés
A hidrotermikus szellőzőnyílások megőrzése az elmúlt 20 évben olykor heves viták tárgyát képezte az óceánográfiai közösségben. Kiemelték, hogy előfordulhat, hogy ezek a meglehetősen ritka élőhelyeken a legtöbb kárt okozó tudósok. Megpróbáltak megállapodásokat kötni a szellőzőhelyeket vizsgáló tudósok magatartása miatt, de bár van elfogadott gyakorlati kódex, még nincs hivatalos nemzetközi és jogilag kötelező erejű megállapodás.
Lásd még
- Sósvizes medence - nagy sóoldat az óceán medencéjében
- Endeavour hidrotermális szellőzők - Hidrotermikus szellőzőnyílások csoportja a Csendes -óceán északkeleti részén, a Vancouver -sziget délnyugati részén, Brit Columbia, Kanada
- Varázshegy (Brit Kolumbia) - Hidrotermikus szellőzőmező a Southern Explorer Ridge -en, nyugatra a Vancouver -szigettől, Brit Columbia
- 9 ° észak - Hidrotermikus szellőzőrégiók a Csendes -óceán keleti részén
- Abiogenezis- Természetes folyamat, amelynek során az élet nem élő anyagból keletkezik
- Pito Seamount- Tengerpart a Csendes-óceánon, a Húsvét-szigettől észak-északnyugatra
- Tengeralattjáró vulkán - víz alatti szellőzőnyílások vagy repedések a Föld felszínén, amelyekből magma törhet ki
- Vulkanogén masszív szulfidérc -lerakódás , más néven VMS -lerakódás
- Extremofil - Extrém környezetben élő szervezetek
Hivatkozások
További irodalom
- Haymon, RM (2014). "Hidrotermikus nyílások az óceán közepén". Referenciamodul a földrendszerekben és a környezettudományokban . 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, orvos; Reysenbach, AL; Shank, TM; Von Damm, KL; Banta, A; Gallant, RM; Gotz, D; Zöld, D; Hall, J; Harmer, TL; Hurtado, LA; Johnson, P; McKiness, ZP; Meredith, C; Olson, E; Pan, IL; Fehérrépa, M; Nyert, Y; Fiatal CR, 3.; Vrijenhoek, RC (2001. szeptember 13.). "Az Indiai -óceán hidrotermális szellőzőnyelvének biogeográfiája és ökológiai beállítása". Tudomány . 294 (5543): 818–823. Bibcode : 2001Sci ... 294..818V . doi : 10.1126/science.1064574 . PMID 11557843 . S2CID 543841 .
- Van Dover; Cindy Lee (2000). A mélytengeri hidrotermális nyílások ökológiája . Princeton University Press. 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 (2005. június 20.). "Kötelezően fotoszintetikus bakteriális anaerob a mélytengeri hidrotermális szellőzőnyílásból" . A Nemzeti Tudományos Akadémia közleményei . 102 (26): 9306–9310. Bibcode : 2005PNAS..102.9306B . doi : 10.1073/pnas.0503674102 . PMC 1166624 . PMID 15967984 .
- Glyn Ford és Jonathan Simnett, Silver from the Sea , 1982. szeptember/október, 33. kötet, 5. szám, Saudi Aramco World Hozzáférés: 2005. október 17.
- Ballard, Robert D., 2000, The Eternal Darkness , Princeton University Press.
- http://www.botos.com/marine/vents01.html#body_4
- Csotonyi, JT; Stackebrandt, E .; Yurkov, V. (2006. július 4.). "Anaerob légzés a Telluráton és más metalloidokon baktériumokban a Csendes -óceán keleti részén található hidrotermális szellőzőmezőkből" . Alkalmazott és környezeti mikrobiológia . 72 (7): 4950-4956. Bibcode : 2006ApEnM..72.4950C . doi : 10.1128/AEM.00223-06 . PMC 1489322 . PMID 16820492 .
- Koschinsky, Andrea; Garbe-Schönberg, Dieter; Sander, Sylvia; Schmidt, Katja; Gennerich, Hans-Hermann; Strauss, Harald (2008). "Hidrotermikus szellőztetés nyomás és hőmérséklet között, a tengervíz kritikus pontja fölött, 5 ° D-re a Közép-atlanti-gerincen". Geológia . 36 (8): 615. Bibcode : 2008Geo .... 36..615K . doi : 10.1130/G24726A.1 .
- Catherine Brahic (2008. augusztus 4.). "Talált: A Föld legmelegebb vize" . Új tudós . Letöltve: 2010. június 18 .
- Josh Hill (2008. augusztus 5.). „ » Extreme Water«talált meg az Atlanti-óceán Abyss” . A napi galaxis . Letöltve: 2010. június 18 .
Külső linkek
Szkolion egy téma profilt Hőforrás . |
- Óceánfelfedező (www.oceanexplorer.noaa.gov) - Nyilvános tájékoztató oldal az Óceánkutatási Hivatal által szponzorált felfedezésekhez.
- Mik azok a hidrotermikus szellőzők és miért fontosak? A Woods Hole Oceanográfiai Intézettől
- Hidrotermikus szellőzők - Interaktív modul a Dive and Discover -től
- Hidrotermikus szellőzőnyílások videó - A Smithsonian Intézet óceánportálja
- Szellőző geokémia
- Jó áttekintés a hidrotermikus szellőzőnyílás biológiájáról, 2006 -ban (PDF)
- Hidrotermikus szellőzőnyílások képei az Indiai -óceánon - a Nemzeti Tudományos Alapítvány
- Hogyan építsünk hidrotermikus szellőző kéményt
- NOAA, Ocean Explorer YouTube -csatorna