Hydrotermiset purkausaukot – merenpohjan kuumat lähteet ja elämän kehdot
Hydrotermiset purkausaukot – merenpohjan kuumat lähteet ja elämän kehdot: mustat ja valkoiset savuttajat tukevat putkimatoja, simpukoita ja varhaiselämää.
Hydroterminen aukko on aukko maapallon merenpohjassa, jonka kautta geoterminen energia purkautuu. Merivesi tunkeutuu murtumien ja huokosten kautta kallioperään, kuumenee syvällä ja palaa pintaan rikkaana liuenneista mineraaleista. Kuumimmat purkausaukot kuljettavat mukanaan runsaasti rikkiyhdisteitä ja metalleja, ja niitä kutsutaan mustiksi savuttajiksi. Tutkijat ovat löytäneet myös valkoisia savupiippuja, jotka ovat yleensä kylmempiä ja muodostuvat eri mineraaleista kuin mustat savuttajat. Lämpöä karkaa maan alta monin paikoin; jos vastaava ilmiö esiintyy maalla, se näkyy usein kuumina lähteinä, geysireinä tai fumaroleina. Monet arkeologit (tarkoitetaan tässä todennäköisesti arkeoneja eli lämmönkestäviä mikro-organismeja) ja bakteerit elävät veden alla olevien hydrotermisten purkausten lähellä. Ne elättävät jättimäisiä putkimatoja, simpukoita ja katkarapuja sekä monia muita eukaryootteja. Varhaisimpien tunnettujen elämänmuotojen uskotaan saattaneen hyötyä samanlaisista energialähteistä maan varhaisessa kehitysvaiheessa.
Fysiikka ja kemia
Hydrotermiset purkausaukot sijaitsevat usein keskiselänteillä, murtuma- ja subduktiovyöhykkeillä sekä takakaaren altaissa. Merivesi imeytyy merenpohjan halkeamiin, kuumenee magman läheisyydessä ja reagoi kallioiden kanssa. Se voi nousta takaisin pintaan jopa yli 350–400 °C:n lämpötiloissa, mutta korkea paine estää veden kiehumisen syvyydessä. Palatessaan vesi kuljettaa mukanaan liuenneita rikki-, rauta-, kupari- ja sinkkihiukkasia, jotka saostuvat ja rakentavat savupiippuja ja mineraalimuodostumia.
Elämä ilman auringonvaloa
Hydrotermiset purkausaukot ylläpitävät poikkeuksellisia ekosysteemejä, joissa perustuotanto ei nojaa fotosynteesiin vaan kemosynteesiin. Chemoautotrofiset bakteerit ja arkeat käyttävät vedyn sulfidia, metaania tai muita rikkiyhdisteitä energianlähteenä ja valmistavat orgaanista ainetta. Monet suuret lajit — kuten putkimadot (esim. Riftia-suku), erilaiset simpukat ja eräät katkaravut — elävät symbioosissa näiden mikro-organismien kanssa tai laiduntavat niitä. Tämän vuoksi hydrotermiset yhteisöt voivat olla erittäin tuottavia ja lajistoltaan erikoistuneita, vaikka ne sijaitsevat pimeässä ja paineen alaisessa ympäristössä.
Sijainti ja tutkimushistoria
Ensimmäiset laajamittaiset löydöt tehtiin 1970-luvulla, muun muassa Galápagossaallon seudulla ja Tyynenmeren keskiselänteellä käyttäen sukellusveneitä kuten Alvin. Myöhemmät sukellukset ja etäohjatut aluslaitteet ovat paljastaneet, että purkausaukkoja esiintyy maailman merillä laajasti, erityisesti merten keskiselänteiden suuntaisesti.
Taloudellinen ja tieteellinen merkitys
Hydrotermiset purkausaukot ovat kiinnostavia paitsi biologisesti myös taloudellisesti: ne muodostavat runsaasti metallipitoinen mineraaliesiintymiä, kuten sulfideja, jotka sisältävät kuparia, sinkkiä, kultaa ja hopeaa. Tämä on herättänyt väitteitä merenpohjan kaivostoiminnan mahdollisuudesta, mutta samalla levantuvat ympäristövaikutukset ja ekosysteemien herkkyys ovat herättäneet kansainvälistä huolta.
Säilyttäminen ja tutkimuksen tarve
Hydrotermiset ekosysteemit ovat paikallisesti harvinaisia ja usein erittäin herkkiä häiriöille. Tutkimus korostaa tarvetta suojella näitä alueita ja arvioida huolellisesti mahdollisen merenpohjan kaivostoiminnan vaikutuksia. Samalla purkausaukot tarjoavat ainutlaatuisen luonnollisen laboratorion elämän syntyä ja äärimmäisiä ympäristöjä koskevien kysymysten tutkimukselle.
Hydroterminen aukko
Putkimadot saavat energiaa bakteereista, jotka elävät niiden putkissa.
Symphurus hydrophilus , kampelakala, joka elää vain hydrotermisten aukkojen lähellä.
Biologiset yhteisöt
Syvänmeren eliöillä ei ole pääsyä auringonvaloon, joten niiden on oltava riippuvaisia ravinteista, jotka ovat kemiallisissa saostumissa ja hydrotermisissä nesteissä, joissa ne elävät. Ympäröivään merenpohjaan verrattuna hydrotermisillä purkausvyöhykkeillä on kuitenkin 10 000-100 000 kertaa enemmän eliöitä.
Hydrotermiset venttiiliyhteisöt pystyvät ylläpitämään näin suuria määriä elämää, koska venttiiliorganismit ovat riippuvaisia kemosynteettisistä bakteereista ravinnokseen. Nämä bakteerit käyttävät rikkiyhdisteitä, erityisesti rikkivetyä, joka on erittäin myrkyllinen kemikaali useimmille tunnetuille organismeille, tuottaakseen orgaanista materiaalia kemosynteesin avulla.
Kemosynteettiset bakteerit kasvavat paksuksi matoksi, joka houkuttelee muita organismeja, kuten sammakkojalkaisia ja piikkimatoja, jotka laiduntavat suoraan bakteereja. Suuremmat eliöt, kuten etanat, katkaravut, ravut, jättimäiset putkimadot, kalat ja mustekalat, muodostavat ravintoketjun, joka koostuu saalistajien ja saalistajien suhteista ensisijaisten kuluttajien yläpuolella.
Tärkeimmät eliöryhmät merenpohjan tuuletusaukkojen ympärillä ovat madot, niveljalkaiset ja äyriäiset, ja suurten simpukoiden ja "silmättömien" katkarapujen osuus ei-mikrobisista eliöistä on suurin.
Putkimadot muodostavat tärkeän osan hydrotermistä purkausaukkoa ympäröivää yhteisöä. Ne imevät ravinteita suoraan kudoksiinsa. Putkimadon kudoksessa on noin 285 miljardia bakteeria unssia kohti.
Putkimadoilla on punaisia, hemoglobiinia sisältäviä höyheniä. Hemoglobiini yhdistää rikkivetyä ja siirtää sen madon sisällä eläville bakteereille. Vastineeksi bakteerit ravitsevat matoa hiiliyhdisteillä.
Muita esimerkkejä tämän ekosysteemin ainutlaatuisesta eläimistöstä ovat Crysomallon squamiferum -mato, etanalaji, jonka jalka on vahvistettu raudasta ja orgaanisista materiaaleista tehdyillä suomuilla, ja Alvinella pompejana -mato, joka kestää jopa 80 °C:n lämpötiloja.
Hydrotermisiltä purkausaukeilta on löydetty yli 300 uutta lajia, joista monet ovat "sisarlajeja" maantieteellisesti erillisillä purkausaukkojen alueilla eläville lajeille. On ehdotettu, että ennen kuin Pohjois-Amerikan mannerlaatta ylitti Keski-Atlantin harjun, itäisellä Tyynellämerellä oli yksi ainoa biogeografinen venttiilialue. Tämän jälkeen syntynyt matkaeste aloitti eri paikoissa elävien lajien evolutiivisen erilaistumisen. Esimerkkejä eri hydrotermisien purkausaukkojen välillä havaitusta konvergenssievoluutiosta pidetään merkittävänä tukena luonnonvalinnan teorialle ja koko evoluutiolle.
Meksikon rannikon edustalla 2 500 metrin syvyydessä sijaitsevan mustan savukkeen läheltä on löydetty eräs fototrofinen bakteerilaji. Auringonvalo ei pääse niin syvälle vesiin. Sen sijaan Chlorobiaceae-heimoon kuuluvat bakteerit käyttävät mustan savukkeen heikkoa hehkua fotosynteesiin. Tämä on ensimmäinen luonnosta löydetty organismi, joka käyttää fotosynteesiin yksinomaan muuta valoa kuin auringonvaloa.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on hydroterminen aukko?
A: Hydroterminen venttiili on aukko maapallon merenpohjassa, jonka kautta geoterminen energia purkautuu.
K: Mitä tapahtuu, kun merivettä pääsee hydrotermisiin aukkoihin?
V: Merivesi tulee hydrotermisiin aukkoihin, kuumenee ja nousee ylöspäin.
K: Mitä ovat mustat savupiiput?
V: Kuumimmissa purkauksissa on paljon mustia kemikaaleja, ja niitä kutsutaan mustiksi savuttajiksi.
K: Mitä ovat valkoiset savupiiput?
V: Tutkijat ovat löytäneet vähemmän valkoisia savuttajia kuin mustia savuttajia.
K: Mitä muita geotermisiä ominaisuuksia löytyy maalta?
V: Jos geotermisiä piirteitä on maalla, ne ovat yleensä kuumia lähteitä, geysirejä tai fumaroleja.
K: Mitä eliöitä elää hydrotermisten purkausten lähellä?
V: Monet arkeologiset eliöt ja bakteerit elävät hydrotermisten purkausten läheisyydessä, ja ne elättävät jättimäisiä putkimatoja, simpukoita ja katkarapuja sekä monia muita eukaryootteja.
K: Mitä tutkijat uskovat varhaisimmista tunnetuista elämänmuodoista?
V: Tutkijat uskovat, että varhaisimpien tunnettujen elämänmuotojen uskotaan eläneen hydrotermisten purkausten lähellä.
Etsiä