Izvor hidrotermal

O sursă hidrotermală, coșul de gură hidrotermal sau hidrotermal, este o fractură la suprafața unui sol din care iese apă încălzită geotermal . Aerisirile hidrotermale se găsesc în mod obișnuit în apropierea zonelor active vulcanic , în zonele în care plăcile tectonice se mișcă, în crestele mijlocii ale 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 o cantitate mare de apă la suprafață și în scoarța sa. Cele mai comune zone sunt sursele termice , fumarola și gheizerul . Cel mai faimos sistem hidrotermal este probabil Sursele Termale Mammoth din Parcul Național Yellowstone din Statele Unite . Totuși, sub mare, orificiile 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. Chimiosinteticele archaea constituie baza lanțului alimentar , oferind apoi sprijin în diferite organisme, inclusiv viermi pipă uriașă , scoici , lăpti și creveți .

Se crede că există orificii hidrotermale active pe luna Jupiter Europa ^[1] și s-a presupus că sunt orificii hidrotermale antice care existau pe Marte ^[2] .

Explorare

O fumarolă albă în Champagne Vent din Dominica , vulcanul Eifuku .

În 1949, o examinare a apelor adânci a semnalat o soluție neobișnuit de fierbinte în partea centrală a Mării Roșii . În urma unui studiu din anii șaizeci a confirmat prezența apei sărate fierbinți, de aproximativ 60 ° C , asociată cu nămolul metalic. Soluțiile fierbinți au fost emise de un rift activ scufundat. Caracterul foarte salin al apei nu a fost primitor pentru organismele marine vii care se găsesc în mod obișnuit în mare ^[3] . Saramurile fierbinți și nămolul asociat sunt în prezent în curs de investigare ca o posibilă sursă de metale extractibile.

„ Ecosistemul chimiosintetic care înconjoară orificiile hidrotermale submarine au fost descoperite de-a lungul riftului Galápagos , pe creasta Pacificului de Est , 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 prima lucrare științifică despre viața orificiilor hidrotermale ^[4] . În 1979 , biologii s-au întors la rift și au folosit DSV Alvin , un submersibil în căutarea Instituției Oceanografice Woods Hole pentru a vedea cu ochii lor comunitatea de pe gura hidrotermală.

În 2005 , Neptune Resources NL , o companie de explorare a mineralelor , a cerut și a obținut 35.000 de kilometri pătrați 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 sulfură , o sursă potențială de noi sulfuri de plumb - zinc - cupru format din câmpuri hidrotermale.

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

Proprietăți fizice

Coșul de fum al lanțului hidrotermal sulfuros Magic Mountain din British Columbia Canada .

Aerisirile hidrotermale se formează de obicei în oceanul adânc de-a lungul crestelor din mijlocul oceanului, ca coloană vertebrală din estul Pacificului și din spatele Mid-Atlanticului . Acestea sunt locurile în care două plăci tectonice diverg și formează o nouă crustă .

Apa care provine din gurile de aerisire hidrotermale constă în principal din apă de mare condusă în sistemul hidrotermal prin fracturi și straturi vulcanice poroase de sedimente și apă magmatică eliberată din magmă în ascensiune.

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] . În plus, salinitatea crescută 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 coșuri de fum a fost „Godzilla”, o structură din Oceanul Pacific care a crescut la 40 de metri înainte de a se prăbuși.

Etapa inițială a unui coș de fum hidrotermal începe cu depunerea anhidritei . Sulfurile de cupru , fier și zinc precipită mai târziu în fisurile coșului, făcându-l mai puțin poros pe măsură ce trece timpul. Apoi, focul crește până la 30 de centimetri pe zi ^[9] .

Coșul de fum al structurilor care emit un nor de material negru sunt numiți fumători negri, sau fumători negri , din culoarea fluidului emis. Fumătorii negri emit de obicei particule cu o rată ridicată de sulf sau sulfuri . Fumarola albă sau fumătorii albi se referă la șemineele care emit minerale mai ușoare, cum ar fi cele care conțin bariu , calciu și siliciu . Aceste guri tind, de asemenea, să emită fluide la temperaturi mai scăzute.

În aprilie 2007 , explorarea coșului de fum de pe insulele 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 Endrotour hidrotermale .

Viața a fost văzută în mod tradițional ca sostentata de energia provenită de la soare , dar organismele din marea adâncă nu au acces la aceasta și, prin urmare, trebuie să depindă de nutrienții găsiți în depozitele chimice și fluidele hidrotermale în care trăiesc. Anterior, biologii marini considerau că acest organism era dependent de o „ploaie” de resturi de la nivelurile superioare ale mării, la fel ca și organismele de apă adâncă. 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 ventilare hidrotermală sunt capabile să susțină o cantitate similară de viață, deoarece sursa organismelor depinde de bacteriile chemosintetice pentru hrană. Apa care iese din coșuri de fum este bogată în minerale dizolvate și susține o populație mare de bacterii chemoautotrofe . Aceste bacterii utilizează compuși de sulf , în special hidrogen sulfurat , un produs chimic foarte toxic pentru organismele cunoscute, pentru producerea de material organic prin procesul de chemosinteză .

Ecosistemul astfel format este legat de existența orificiilor hidrotermale ca sursă primară de energie, diferind astfel de majoritatea ecosistemelor de suprafață ale Pământului, bazate pe energia solară . 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. Altele sunt anaerobe , cum ar fi în stadii îndepărtate ale vieții.

Bacteriile chemosintetice cresc într-un substrat dens care atrage organisme precum amfipodele și copepodele , care se așează direct pe bacterii. Organismele mai mari, cum ar fi melcii , creveții , crabii , viermii tubulari , peștii și caracatițele, formează un lanț alimentar de relații prădător-pradă în jurul primei. Principalele familii de organisme găsite în jurul orificiilor de ventilație sunt anelidele , viermii tubulari , melcii și crustaceele , cu bivalve mari, viermi tubulari, creveți orbi care alcătuiesc 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 oferă hrană viermilor care produc compuși de carbon . Cele două specii care trăiesc în orificiile de aerisire sunt Tevnia jerichonana și viermele gigant . 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. Orașul Eel este situat lângă conul vulcanic Nafanua , în 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.

Au existat mai mult de 300 de descoperiri de specii diferite ale orificiilor hidrotermale ^[14] , multe dintre acestea sunt „surori” ale altor specii care se află în zone geografice separate. S-a sugerat că anterior placa nord-americană a trecut peste creasta oceanului mijlociu și a existat o singură zonă hidrotermală biogeografică în estul Oceanului Pacific ^[15] . Bariera ulterioară a inițiat diversificarea evolutivă a speciilor în diferite locuri. Exemplele de evoluție convergentă observate pe orificii hidrotermale distincte sunt considerate un suport important pentru teoria selecției naturale și a evoluției dell 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 porturile oceanice în sprijinul teoriei sale că nivelurile inferioare ale pământului sunt o viață biologică bogată, care își găsește drumul către suprafață ^[16] . Cu toate acestea, teoria lui Gold a depășit cu mult orificiile hidrotermale și a propus „ originea abiotică a petrolului (adică că petrolul nu este doar fosil, ci și produs adânc în pământ), așa cum a susținut în cartea sa The Deep Hot Biosphere ^[17] . Această ipoteză a fost respinsă de geologii petrolului care spun că, chiar dacă ar exista, cantitatea de produse petrochimice produse în acest mod este neglijabilă.

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

Originea hidrotermală a vieții

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

S-a propus că sinteza aminoacizilor a putut să apară adânc în scoarța terestră și că acești aminoacizi, ca urmare, au fost puse în circulație împreună cu fluidele hidrotermale în apele mai reci. Aici cele mai scăzute temperaturi și prezența mineralelor argiloase ar fi facilitat formarea peptidelor și a protocoalelor ^[20] . Este o ipoteză interesantă pentru abundența de CH ₄ și NH ₃ prezente în regiunile hidrotermale, o afecțiune care nu a fost furnizată de Pământul primitiv al atmosferei . O limitare majoră a acestei ipoteze este lipsa de stabilitate a moleculelor organice la temperaturi ridicate, dar unii au sugerat că viața s-ar fi originat în afara zonelor cu cea mai mare temperatură. Într-adevăr, există multe specii de extremofile și alte organisme care trăiesc în prezent în imediata apropiere a porturilor, 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 și cheltuieli minunate 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 faptul 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 către Howard Hughes . Operațiunea a fost cunoscută sub numele de Proiectul Jennifer sau Proiectul Azorian, iar activitatea de acoperire a servit pentru a împinge alte companii să bâjbâie extracția din fundul 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 de kilometri pătrați în apele teritoriale ale Noii Zeelande, Papua Noua Guinee , Micronezia și Vanuatu , cu noi cereri de căutare a altor 436.000 km² în apele teritoriale Noua Zeelandă, Japonia , nordul insulelor Mariana Palau și Italia .

Consecințe asupra mediului

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

Exploatarea exploatării fundului mării are impact asupra mediului asupra speciilor de guri de apă hidrotermale: branhiile organismelor pot fi afectate de extracția prafului, gurile se pot prăbuși sau se pot redeschide, pot fi eliberate hidrat metan-I sau pot avea loc și alunecări oceanice ^[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 (depus de „URL original 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), Vladimir Yurkov (Departamentul de Microbiologie, Universitatea din Manitoba, Canada), Respirație anaerobă pe teluritul și alți metaloizi din bacteriile din câmpurile de ventilație hidrotermală din estul oceanului pacific , în Microbiologie 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 „ sursă de dicționar lemma»
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe sursă

linkuri externe