Izvor hidrotermal

Un izvor hidrotermal, un ventil hidrotermal sau coș de fum hidrotermal , este o fractură la suprafața unui sol din care scapă apă încălzită geotermic . Izvoarele hidrotermale se găsesc în mod obișnuit în apropierea zonelor active vulcanic , în zonele în care plăcile tectonice se mișcă, în crestele oceanului și în punctele fierbinți .

Aerisirile hidrotermale sunt foarte frecvente la nivel local, deoarece Pământul este atât activ din punct de vedere geologic, cât și are o cantitate mare de apă la suprafață și în scoarța sa. Cele mai multe zone comune sunt termale izvoare , fumaroles și gheizere . Cel mai faimos sistem hidrotermal este probabil Mammoth Hot Springs din Parcul Național Yellowstone din Statele Unite . Totuși, sub mare, șemineele hidrotermale pot forma fumătorii tipici de negru .

Spre deosebire de majoritatea zonelor de mare adâncime, zonele din jurul orificiilor hidrotermale subacvatice sunt biologic mai productive, găzduind deseori comunități complexe hrănite de substanțele chimice împrăștiate în apele din jur. Chimiosintetice archaeas formează baza lanțului alimentar , apoi oferă suport pentru diverse organisme, inclusiv gigant viermi tub , scoici , limpets și creveți .

Se presupune că orificiile hidrotermale active există pe luna lui Jupiter Europa ^[1], iar orificiile hidrotermale antice au fost presupuse că există pe Marte ^[2] .

Explorare

O fumarolă albă în Ventilarea Champagne din Dominica , pe vulcanul Eifuku .

În 1949, un sondaj de apă adâncă a indicat o așezare neobișnuit de caldă în partea centrală a Mării Roșii . Mai târziu, un studiu din anii șaizeci a confirmat prezența apelor fierbinți sărate, la aproximativ 60 ° C , asociate cu noroi metalic. Soluțiile fierbinți proveneau dintr-o ruptură activă scufundată. Caracterul foarte salin al apei nu a fost ospitalier pentru organismele marine vii prezente în mod obișnuit în mare ^[3] . Saramurile fierbinți și nămolul asociat sunt în prezent în curs de investigare ca posibilă sursă de metale extractibile.

Chimiosintetice ecosistemul din jurul izvoarelor hidrotermale subacvatice a fost descoperit de-a lungul Galápagos ruptura pe estul crestei Pacificului de către un grup de geologi marini condus de Jack Corliss de la Universitatea de Stat din Oregon în 1977 . În același an, omul de știință Peter Lonsdale a publicat primul document științific despre viața orificiilor hidrotermale ^[4] . În 1979 , biologii s-au întors la rift și au folosit DSV Alvin , un submarin de cercetare de la Woods Hole Oceanographic Institution, pentru a vedea singuri comunitatea de pe gura hidrotermală.

În 2005 , Neptune Resources NL , o companie de explorare a mineralelor , a solicitat și a obținut 35.000 km² de drepturi de explorare pe arcul Kermadec din zona economică exclusivă a Noii Zeelande , pentru a explora fundul mării în căutarea unor depozite masive de sulfuri . O sursă potențială de nou plumb - zinc - sulfuri de cupru formate din câmpuri hidrotermale.

Descoperirea unei guri în Oceanul Pacific în largul Costa Rica , numită câmpul de ventilație hidrotermală Medusa (numită după gorgonul Medusa din mitologia greacă ), a fost anunțată în aprilie 2007 ^{[5] [6]} .

Proprietăți fizice

Hornul sulfuros al câmpului hidrotermal Magic Mountain din Columbia Britanică canadiană .

Aerisirile hidrotermale se formează de obicei adânc în ocean de-a lungul crestelor mijlocii ale oceanului, cum ar fi creasta estică a Pacificului și creasta mijlocie a Atlanticului . Acestea sunt locurile în care două plăci tectonice diverg și se formează noua scoarță terestră .

Apa care iese din orificiile hidrotermale constă în principal din apă de mare transportată în sistemul hidrotermal prin fracturi și sedimente poroase ale straturilor vulcanice și din apă magmatică eliberată de magma în creștere.

În complexele hidrotermale terestre, cea mai mare parte a apei care circulă în interiorul fumarolelor și gheizerelor constă din apă de ploaie împreună cu apa subterană , filtrată în sistemul termic de la suprafață, dar conține, de asemenea, o parte din apă metamorfică , saramuri sedimentare și ape magmatice eliberate din magmă. Procentul variază de la un loc la altul.

Apa iese dintr-un orificiu hidrotermal la temperaturi de până la 400 ° C, în comparație cu cele de 2 ° C tipice apelor adânci ale oceanului. Presiunea ridicată a acestor adâncimi extinde semnificativ delta termică în care apa rămâne lichidă și, prin urmare, apa nu fierbe. Apa la o adâncime de 3000 de metri și la o temperatură de 407 ° C devine un fluid supercritic ^[7] . Mai mult, creșterea salinității împinge apa mai aproape de punctul său critic .

Unele coșuri hidrotermale formează structuri sub forma unui coș de fum aproape cilindric. Acestea sunt compuse din minerale dizolvate în fluidul sursă. Când apa supraîncălzită intră în contact cu apa din jur la o temperatură apropiată de îngheț, mineralele precipită pentru a forma particule care se așează pe vârful coșului de fum. Unele dintre aceste structuri pot atinge înălțimi de 60 de metri ^[8] . Un exemplu al acestor șeminee a fost „ Godzilla ”, o structură din Oceanul Pacific care a crescut la 40 de metri înălțime înainte de a se prăbuși.

Faza inițială a unui coș hidrotermal începe cu depunerea de anhidrit . Sulfurile de cupru , fier și zinc precipită ulterior în crăpăturile coșului de fum, făcându-l mai puțin poros odată cu trecerea timpului. Coșul de fum crește apoi chiar și cu 30 de centimetri pe zi ^[9] .

Structurile coșului de fum care emit un nor de material negru se numesc fumători negri , sau fumarole negre , după culoarea fluidelor emise. Fumătorii negri emit de obicei particule cu o rată ridicată de sulf sau sulfuri . Fumarolele albe sau fumătorii albi se referă la șemineele care emit minerale mai ușoare, precum cele care conțin bariu , calciu și siliciu . Aceste guri tind, de asemenea, să emită fluide la temperaturi mai scăzute.

În aprilie 2007 , explorarea coșurilor de pe coasta Fiji a dezvăluit că acestea sunt o sursă semnificativă de fier ^[10] .

Comunități biologice

O colonie de viermi tubulari înrădăcinați pe baza unui fumător negru în izvoarele hidrotermale Endeavour .

În mod tradițional, viața a fost privită ca fiind susținută de energia provenită de la soare , dar organismele din adâncime nu au acces la aceasta și, prin urmare, trebuie să depindă de nutrienții prezenți în depozitele chimice și în fluidele hidrotermale în care trăiesc. Anterior, biologii marini presupuneau că aceste organisme depindeau de o „ploaie” de resturi de la nivelul mării superioare, la fel ca și organismele din adâncime. Cu toate acestea, această soluție le-ar lăsa dependente de plante și, prin urmare, de soare. Unele organisme hidrotermale folosesc această „ploaie”, dar cu doar un astfel de sistem, formele de viață ar fi foarte rare. Comparativ cu fundul mării înconjurător, cu toate acestea, zonele din jurul orificiilor hidrotermale au o densitate de organisme de 10.000 până la 100.000 de ori mai mare.

Comunitățile de orificii hidrotermale sunt capabile să susțină o cantitate similară de viață, deoarece organismele de primăvară depind de bacteriile chemosintetice pentru hrană. Apa care iese din hornuri este bogată în săruri minerale dizolvate și susține o populație mare de bacterii chemoautotrofe . Aceste bacterii folosesc compuși de sulf , în special hidrogen sulfurat , o substanță chimică foarte toxică pentru organismele cunoscute, pentru a produce material organic prin procesul de chemosinteză .

Ecosistemul astfel format este legat de existența orificiilor hidrotermale ca sursă primară de energie, diferențându-se astfel de majoritatea ecosistemelor suprafeței terestre, pe baza energiei solare . Cu toate acestea, deși se spune că aceste comunități există independent de soare, unele organisme sunt de fapt dependente de oxigenul produs de organismele fotosintetice. Alții, pe de altă parte, sunt anaerobi , ca în cele mai îndepărtate etape ale vieții.

Bacteriile chimiosintetice cresc într-un substrat dens care atrage organisme precum amfipodele și copepodele , care se așează direct pe bacterii. Organisme mai mari, cum ar fi melci , creveți , crabi , viermi tub , pești și caracatițe formează un lanț alimentar de relații prădător-pradă în jurul primelor. Familiile majore de organisme găsite în jurul orificiilor de ventilație sunt anelidele , viermii tubulari , gastropodele și crustaceele , cu bivalvi mari, viermi tubulari și creveți orbi care constituie majoritatea organismelor non-microbiene.

Viermii tubulari sunt o parte importantă a comunității din jurul orificiilor hidrotermale. Viermii tubulari, ca și paraziții, absorb substanțele nutritive direct în țesuturile lor. Acest lucru se datorează faptului că viermii nu au nici gură, nici tract digestiv, astfel încât bacteriile trăiesc în interiorul lor: există aproximativ 285 miliarde de bacterii pe gram de țesut. Viermii tubulari au branhii roșiatice care conțin hemoglobină . Hemoglobina combină hidrogenul sulfurat și îl transferă către bacteriile care trăiesc în interiorul tubului. În schimb, bacteriile furnizează nutriție viermelui prin producerea de compuși de carbon . Cele două specii care trăiesc pe orificii de ventilație sunt Tevnia jerichonana și Riftia pachyptila . Una dintre comunitățile de descoperiri, numită apoi Eel City (Orașul anghilelor), constă în principal din anghile ; deși acestea nu sunt rare, așa cum am menționat anterior, nevertebratele domină în general coșurile hidrotermale. Eel City este situat în apropierea conului vulcanic Nafanua din Samoa Americană ^[11] .

Alte exemple de faună unică care locuiește în acest ecosistem sunt Crysomallon squamiferum , o specie de melc „blindat” cu solzi compuși din fier și materiale organice ^{[12] [13]} și Alvinella pompejana , capabilă să reziste la temperaturi de până la 80 ° C.

Peste 300 de specii diferite au fost descoperite pe orificiile hidrotermale ^[14] , multe dintre acestea sunt „surori” cu alte specii găsite în zone geografice separate. S-a emis ipoteza că placa nord-americană a trecut anterior peste creasta oceanului mijlociu și că a existat o singură zonă biogeografică hidrotermală în estul Pacificului ^[15] . Bariera ulterioară a inițiat diversificarea evolutivă a speciilor în diferite locuri. Exemplele de evoluție convergentă observate pe orificiile hidrotermale distincte sunt considerate un suport important pentru teoria selecției naturale și a evoluției în ansamblu.

Teorii biologice

Deși descoperirea izvoarelor hidrotermale este relativ recentă, importanța acestui lucru a oferit inspirație și a susținut mai multe noi teorii biologice și bio-atmosferice.

Biosfera caldă și adâncă

La începutul anului 1992, în publicația sa The Deep Hot Biosphere, Thomas Gold se referă la orificiile oceanice în sprijinul teoriei sale conform căreia nivelurile inferioare ale pământului sunt bogate în viață biologică, care își găsește drumul către suprafață ^[16] . Totuși, teoria lui Gold a depășit orificiile hidrotermale și a propus originea abiotică a petrolului (adică acel petrol nu este doar de origine fosilă, ci și produs adânc în pământ), după cum se argumentează în continuare în cartea The Deep Hot Biosphere ^[17] . Această ipoteză a fost respinsă de geologii petrolului care susțin că, chiar dacă o face, cantitatea de produse petrochimice produse în acest mod este neglijabilă.

Mai târziu, în ediția din februarie 2008 a Științei , a fost publicat un articol despre producția de hidrocarburi abiotice folosind datele din experimente despre Orașul Pierdut pentru a arăta cum poate avea loc sinteza abiotică a hidrocarburilor în natură în prezența rocilor ultramafice , apei și moderate. căldură ^[18] .

Originea hidrotermală a vieții

Günter Wächtershäuser a propus teoria fierului-sulf a lumii și a sugerat că viața s-ar fi putut proveni din izvoarele hidrotermale ^[19] .

S-a propus că sinteza aminoacizilor s-ar fi putut produce adânc în scoarța terestră și că acești aminoacizi au fost circulați ulterior împreună cu fluidele hidrotermale în apele mai reci. Aici, temperaturile mai scăzute și prezența mineralelor argiloase ar fi favorizat formarea de peptide și protocoale ^[20] . Aceasta este o ipoteză interesantă pentru abundența CH ₄ și NH ₃ prezente în regiunile hidrotermale, o afecțiune care nu a fost asigurată de atmosfera primitivă a Pământului. O limitare majoră a acestei ipoteze este lipsa stabilității moleculelor organice la temperaturi ridicate, dar unii au sugerat că viața s-ar fi originat în afara zonelor cu cea mai mare temperatură. Există într-adevăr numeroase specii de extremofili și alte organisme care trăiesc în prezent în imediata apropiere a gurilor, ceea ce sugerează că acesta poate fi un scenariu posibil.

Exploatarea economică

În trecut s-au încercat exploatarea zăcămintelor de minerale de pe fundul mării. În anii șaizeci și șaptezeci au existat lucrări majore și cheltuieli pentru recuperarea nodulilor de mangan din câmpiile abisale cu diferite grade de succes. Acestea confirmă că recuperarea mineralelor de pe fundul mării este posibilă și a fost de ceva timp. Interesant este că extracția nodulilor de mangan a servit ca o activitate de acoperire a încercării elaborate de CIA de recuperare a submarinului sovietic K-129 folosind USNS Glomar Explorer , o navă construită pentru această sarcină de Howard Hughes . Operațiunea a fost cunoscută sub numele de Project Jennifer sau Project Azorian , iar activitatea de acoperire a servit pentru a determina alte companii să încerce extragerea fundului mării.

Primele licențe de foraj (sau concesii) au fost depuse în 2008 pentru o zonă cunoscută sub numele de Rumble II West Seamount , care nu fusese descoperită până în august 2007 , de către grupul de minerale Neptun ^[21] , una dintre primele companii formate pentru a exploata submarinele bogăția minerală și, în special, depozitele masive scufundate. Aceeași companie achiziționase deja în 2008 licențe pentru explorarea unei zone marine de peste 278.000 km² în apele teritoriale ale Noii Zeelande, Papua Noua Guinee , Micronezia și Vanuatu , cu noi cereri de cercetare a altor 436.000 km² în ape teritoriale.Noua Zeelandă, Japonia , Marianele de Nord , Insulele Palau și Italia .

Consecințe asupra mediului

Directorul grupului mineral Neptun , Simon McDonald, a recunoscut în 2008 că astfel de activități prezintă probleme de mediu, dar că grupul său se angajează să lucreze într-un spirit de bună gestionare a mediului marin și de comunicare transparentă cu toate părțile interesate. Cu toate acestea, biologii marini se tem de repercusiuni grave asupra biodiversității fragile concentrate în jurul acestor zone și adesea caracterizate de specii cu creștere foarte lentă sau maturitate sexuală târzie.

Exploatarea fundului mării are impact asupra mediului asupra speciilor orificiilor hidrotermale: branhiile organismelor pot fi afectate de praful de extracție, orificiile de aerisire se pot prăbuși sau redeschide, hidratul de metan-I poate fi eliberat sau pot surveni și alunecări de teren ale oceanului ^{[22 ]} .

Notă

Bibliografie

• ( EN ) Carolyn Scearce, Hydrothermal Vent Communities ( PDF ), pe csa.com , 2006.
• ( EN ) Glyn Ford, Jonathan Simnett, Silver from the Sea , în Saudi Aramco World , vol. 33, nr. 5, 1982, pp. 22-25. Adus la 12 martie 2010 (arhivat din original la 12 noiembrie 2006) .
• (EN) Ballard, Robert D., The Eternal Darkness: A Personal History of Deep-Sea Exploration, Princeton University Press, 2000, ISBN 978-0-691-09554-7 .
• ( EN ) Csotonyi Julius T. (Departamentul de Microbiologie, Universitatea din Manitoba, Canada), Stackebrandt Erko (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Germania), Yurkov Vladimir (Departamentul de Microbiologie, Universitatea din Manitoba, Canada), Respirație anaerobă pe telurat și alți metaloizi din bacteriile din câmpurile de ventilație hidrotermală din estul oceanului pacific , în Microbiologia aplicată și de mediu , vol. 72, nr. 7, 2006, pp. 4950-4956, ISSN 00992240 ( WC ACNP ) .

Elemente conexe

• Fumător negru
• Orașul pierdut (ecosistem)
• Încercați izvoarele hidrotermale

Alte proiecte

• Wikționarul conține dicționarul lema « sursă »
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere sursă

linkuri externe