8 Minuten
HOV (žmogiškai užimtas laivas), tyrinėjantis giliausią Ramųjį vandenyną, atskleidė išsamų hidroterminį kraterių, karbonatinių sienų ir dešimtų ventiliacijos angų kompleksą, sudarantį anksčiau nežinomą požeminį „metropolį“. Laoshan laboratorijos ir Kinijos mokslų akademijos (CAS) tyrėjai šią sistemą pavadino Kunlun hidroterminiu lauku. Užimantis apie 11,1 kv. km (4,3 kv. mylios), Kunlun yra daugiau nei šimtą kartų didesnis už Atlanto garsųjį Lost City ventų lauką ir turi maždaug dvidešimt pastebimų ventiliacijos angų tarp išraižytų dolomitų ir karbonatinių struktūrų.
Atranka priskiria Kunlun tarp didžiausių žinomų vadinamųjų alkalinių hidroterminių ventilių koncentracijų — aplinkų, kurios išskiria vandeniliu praturtintus, santykinai šiltus skysčius, o ne karštesnius, mineralais prisotintus plūdus, būdingus „juodiesiems kaminams“. Per dalelytėmis prisotintą vandenį, dažnai vadinamą „jūrų sniegu“, karbonatinės sienos ir dantyti iškyšuliai žaižaruoja ten, kur šilti srautai susitinka su šaltu gilaus vandenyno vandeniu, sukurdami erdvėje registruotus beveik miražo panašius, šiluma iškreiptus peizažus.
Geologinė aplinka ir formavimo procesai
Kunlun smarkiai skiriasi nuo daugumos anksčiau dokumentuotų vandenilio praturtintų ventilių, kurie dažniausiai randami netoli plokščių nutolimo zonų arba vidurio vandenyno keterų. Vietoje to, Kunlun yra apie 80 kilometrų į vakarus nuo vagos Karolinos plokštėje, šiaurės rytų link nuo Papua Naujosios Gvinėjos. Geologinė ir geocheminė analizė rodo, kad laukas susidarė, kai jūros vanduo prasiskverbė giliai į mantijos uolienas, inicijuodamas serpentinizacijos reakcijas — procesą, kurio metu olivino turtingas peridotitas virsta serpentino mineralais gaminant molekulinį vandenilį ir šilumą.
Tyrėjai siūlo daugiaetapį formavimosi modelį. Iš pradžių jūros vandens infiltravimas ir spartūs skysčių bei uolienų procesai būtų sukėlę aukšto slėgio išsiskyrimą ir sprogiminę fazę, suformavusią didelius kraterius. Vėlesnis sutrūkinėjimas leido tęsti skysčių cirkuliaciją ir vandenilio gamybą. Per geologinį laiką karbonato nusėdimas periodiškai užsandarindavo kanalus, todėl vandenilis kauptųsi ir išsiskirtų epizodiniuose, mažesniuose įvykiuose. Šios pasikartojančios ciklai sukūrė charakteringas Kunlun „vamzdžių“ ir gilių duobučių struktūras. Kai kurios įdubos viršija 100 metrų gylį ir tęsiasi šimtus metrų pločio; net sekliau esantys baseinai dažnai pasiekia daugiau nei 30 metrų gylį.
Serpentinizacija ir abiotinis vandenilis
Serpentinizacija yra kertinis Kunlun reikšmingumo aspektas. Sąveika tarp jūros vandens ir iš mantijos kilusių uolienų abiotiniu būdu gamina vandenilį (be biologinio aktyvumo). Komanda apskaičiavo, kad vien tik Kunlun gali prisidėti iki 8 % pasaulinio jūrinio abiotinio vandenilio srauto — stulbinanti dalis vienam laukui. Šis didelis srautas, kartu su sistemos erdviniu mastu ir ilgaamžiškumu, paneigia prielaidą, kad serpentinizacijos varoma vandenilio gamyba apsiriboja vidurio vandenyno sklidimo centrais.
Cheminė sudėtis, temperatūra ir palyginimas su kitų tipų ventilių
Skirtingai nuo juodųjų kaminų — aukštos temperatūros (dažnai >350°C), sulfido turtingų kaminų, kurie išskiria tamsius mineralų plūdus — Kunlun skysčiai yra vandeniliu praturtinti ir relativiai vėsūs, paprastai žemiau 40°C. Šios žemesnės temperatūros ir alkalinės sąlygos skatina karbonatų ir dolomitų nusėdimą, o ne sulfido mineralizaciją, būdingą juodiesiems kaminams. Giluminio jūros juodųjų kaminų pavyzdys. (NOAA)
Nes Kunlun primena alkalines, vandeniliu praturtintas aplinkas, kurios hipoteziškai galėjo egzistuoti ankstyvajame Žemės etape, vieta ypač svarbi gyvybės kilmės tyrimams. Nuolatinis vandenilio tiekimas, mineralinės anglies paviršiai iš karbonatų ir struktūruotos mikroaplinkos gali sukurti sąlygas, palankias prebiotinėms cheminių reakcijų grandinėms ir chemosintetinėms mikrobiologinėms bendruomenėms, kurios paverčia neorganinę energiją biologine biomase.
.avif)
Biologija ir ekologinės pasekmės
Tiesioginiai stebėjimai ir mėginių ėmimas Kunlun rodo įvairią gilaus jūros faunos sudėtį. Krevetės, tupyklinės omaros, anemonės ir siboglinių vamzdinių kirminų buvo pastebėti susitelkę šalia ventiliacijos angų ir aplinkinių karbonatinių teritorijų. Šie gyvūnai tikriausiai remiasi mikrobinėmis bendruomenėmis, kurios gauna cheminię energiją iš vandenilio ir kitų redukuotų junginių per procesą, vadinamą chemosinteze, analogišką fotosintezei, bet naudojant cheminę, o ne saulės energiją.
CAS jūrų geochemikas Weidong Sun pabrėžė vietos biologinį potencialą, pažymėjęs, kad bendruomenės sudėtis ir buveinių sudėtingumas rodo stabilų, ilgalaikį chemosintetinį ekosistemą. Išvystytos karbonatinės duobės ir vamzdžiai suteikia erdvinius ir nuolatinius cheminių gradientų skirtumus, galinčius palaikyti pirminius gamintojus ir aukštesnius trofinius lygius ilgais laikotarpiais — aspektus, svarbius tiek šiuolaikinei gilaus vandenyno ekologijai, tiek hipotezėms apie gyvybės atsiradimą panašiomis senovinėmis sąlygomis.
Mokslinė reikšmė ir įtaka gyvybės kilmės tyrimams
Alkaliniai hidroterminiai ventiliai buvo pasiūlyti kaip tikėtini gyvybės lopšeliai ankstyvajame Žemėje, nes jie gali generuoti protonų gradientus, tiekti redukuotus dujas, tokias kaip vandenilis, ir suteikti mineralinius paviršius, katalizuojančius organines reakcijas. Kunlun mastas ir vandenilio išsiskyrimas daro jį retu natūraliu laboratorijos pavyzdžiu, leidžiančiu testuoti šias idėjas sistemos lygiu, o ne vieno kamino ar mažo ventilių klasterio mastu.
Tyrėjai teigia, kad Kunlun gilūs, ilgalaikiai vamzdžiai ir duobės galėtų pasiūlyti stabilesnę ir ilgesnę cheminę aplinką nei ploni karbonatiniai bokštai, matomi Lost City. Stabilumas ir trukmė yra esminiai gyvybės kilmės eksperimentuose: ilgesnė ekspozicija energijai ir kataliziniams paviršiams padidina sudėtingumo augimo galimybę iš paprastesnių molekulių. Tokiu būdu Kunlun gali padėti apriboti prebiotinės chemijos modelius ir aplinkos sąlygas, reikalingas gyvybei kilti iš neorganinės medžiagos.
Tyrinėjimas, išteklių aspektai ir tolimesni tyrimai
Kunlun nepaprastai didelis abiotinio vandenilio srautas kelia klausimų apie giluminio vandenilio galimą išteklių reikšmę. Tyrimų komanda pasiūlė, kad laukas galėtų būti modelinis taikinys vertinant gilaus jūros vandenilio išgavimui skirtas technologijas. Tačiau galimas išteklių panaudojimas kelia reikšmingus techninius, ekologinius ir etinius iššūkius: veikla įduobėse reikalauja patikimų povandeninių ir nuotoliniu būdu valdomų sistemų; vandenilio išgavimas be pažeidimų trapioms chemosintetinėms ekosistemoms yra didžiulė konservacijos problema; ir tarptautinės valdymo gairės jūros dugno išteklių eksploatavimui vis dar nėra išspręstos.
Ateities tyrimų prioritetai apima išplėtotą žemėlapį rengimą, laiko eilutės stebėseną skysčių chemijai ir tekėjimo greičiams, mikrobiologinius ir geobiologinius tyrimus, skirtus mikrobinėms medžiagų apykaitoms charakterizuoti, ir modeliavimą, skirtą ventilių ilgalaikei raidai ir gyvavimo trukmei nustatyti. Nuolatinės daugiadisciplininės ekspedicijos — jungiančios HOV nardymus, nuotolinius valdomus įrenginius (ROV), jūros dugno observatorijas ir laboratorinius analizės metodus — bus būtinos Kunlun vaidmeniui globaliuose geocheminiuose biudžetuose ir biologinėje produktyvumei kiekybiškai įvertinti.
Ekspertų įžvalga
Dr. Maria Álvarez, jūrų geochemikė iš Lisabonos universiteto (ekspertės komentaras), sako: "Kunlun yra reta proga pamatyti serpentinizaciją veikiančią plačiame mastelyje. Iš mokslinės perspektyvos tai suteikia precedento neturinčią galimybę tyrinėti, kaip nuolatiniai vandenilio srautai formuoja tiek cheminius, tiek biologinius procesus. Tačiau atradimas taip pat pabrėžia poreikį suderinti smalsumo varomus tyrimus su konservacija — šios ekosistemos yra trapios ir tikriausiai talpina rūšis bei procesus, kurių beveik nesuprantame."
"Technologiškai išgauti vandenilį iš tokių sistemų teoriškai įmanoma, bet inžinerija būtų sudėtinga, o ekologiniai kompromisai turi būti labai kruopščiai įvertinti," pridūrė ji.
Tyrimų misija ir metodai
Kunlun laukas buvo charakterizuotas naudojant HOV nardymų, aukštos raiškos batimetrijos, vizualinių apžvalgų ir in situ skysčių mėginių derinį. Geocheminės analizės kiekybiškai nustatė vandenilio ir kitų ištirpusių dujų koncentracijas bei apibūdino temperatūros profilius ir pH. Petrologiniai karbonatų ir dolomitų nuosėdų tyrimai kartu su kraterių ir vamzdžių struktūriniu žemėlapiu padėjo sudaryti siūlomą formavimosi seką. Šiuos rezultatus aprašantis tyrimas paskelbtas Science Advances (2025) ir nurodo pagrindinius tyrėjus, įskaitant Lianfu Li ir Hongyun Zhang iš Laoshan laboratorijos.
Galimybė papildomiems atradimams
Kunlun rodo, kad didelės, vandeniliu praturtintos hidroterminės sistemos gali būti plačiau paplitusios, nei manyta anksčiau, ypač plokštės viduje arba neardonio (off-axis) zonose. Jeigu serpentinizacijos varoma vandenilio gamyba gali veikti toli nuo vidurio vandenyno keterų, kaip rodo Kunlun, daugiau tokių „požeminių metropolių“ gali laukti atradimo vandenyno bedugnėse. Sisteminga gilaus jūros tyrinėjimas, naudojant autonomines ir žmonių užimtas platformas, bus kritiškai svarbus panašių vietų identifikavimui ir jų indėlio į vandenyno cheminę sudėtį bei biologinę įvairovę supratimui.
Išvada
Kunlun hidroterminis laukas yra įspūdingas naujas pavyzdys išsamaus, vandeniliu praturtintos gilaus vandenyno ekosistemos, kuri savo teritorija ir vandenilio išeiga nustelbia Lost City. Jo geologinė aplinka, nuolatinis abiotinis vandenilio srautas ir gausus chemosintetinis gyvenimas daro Kunlun esminiu objektu tyrimams — nuo gyvybės kilmės iki gilaus vandenyno ekologijos ir galimų išteklių vertinimo. Tolimesnės daugiadisciplininės ekspedicijos bus būtinos, kad būtų atskleista lauko mokslinė vertė įtikinamai, kartu užtikrinant jo unikalių biologinių bendruomenių apsaugą.
Quelle: sciencealert
Kommentare