Na hydrotermální hory , krby teplovodním , hydrotermální průduchy ani kuřáci jsou hydrotermální průduchy umístěné na ose hřbetní oceánu a nedaleko back-obloukové pánvích . Jsou důsledkem pohybů tektonických desek . Evakuují část vnitřního tepla Země . Bylo to v roce 1977, kdy tyto hory a bujný podmořský život s nimi spojené objevil na Galapágách americký ponorný Alvin . Tento ekosystém je založen na primární produkci zajištěné chemosyntetickými bakteriemi, které žijí volně nebo v symbióze s organismy.
V roce 1949 průzkum hlubinné vody zjistil neobvykle horké solanky ve střední části Rudého moře . Později, v 60. letech , další výzkum potvrdil jedinečnou přítomnost horké vody ( 60 ° C ) a kovových sloučenin, pocházející z trhliny .
Ponorkové hydrotermální systémy byly nakonec objeveny v roce 1977 americkou ponorkou Alvin , 16tunovým ponorem , vybaveným pro výzkum v propasti. Během ponoru na úrovni rovníku objevili geologové Jack Corliss a Tjeerd van Andel pod vedením Jacka Donnellyho, pilota17. února 1977, v ose oceánského hřebene Galapágských ostrovů , důležité minerální struktury připomínající termitiště, v hloubce 2 630 m . Všimli si, že uniká tekutina nabitá minerály, metanem a sirovodíky. Během následného ponoru provedeného v roce 1979 na stejné ploše a se stejným ponorem našli biologové nebývalý ekosystém, využívající minerály a teplo emitované hydrotermálními otvory jako základ potravinového řetězce založeného na chemosyntéze. Bakteriální. „Oáza života“, v prostředí, kde vládne úplná tma a značný hydrostatický tlak, je bohatá a rozmanitá: vědci objevují v určitých oblastech nové druhy mlžů , hlubinných ryb , korýšů a chobotnic, dříve pouštní myšlenky. Nové potápěčské kampaně umožnily hloubkovou studii těchto atypických prostředí. Tak, mezi lety 1982 a 1999, devět plavby byly prováděny Ifremer od pobřeží Kalifornie a Mexika.
Předpokládá se, že hydrotermální průduchy by mohly existovat na Enceladu (měsíc Saturnu ) a v Evropě (měsíc Jupitera ).
Hydrotermální hory a obecněji všechny oceánské hydrotermální jevy jsou nepřímým důsledkem akrečních a extenzních jevů pozorovaných na úrovni tektonických desek. Z tohoto důvodu se hydrotermální průduchy nacházejí na úrovni středooceánských hřebenů. V těchto prostorech magma stoupá a vytváří magmatické komory hluboké několik kilometrů. Jak se ochladí, zmenší se a vytvoří štěrbiny v oceánské kůře. Mořská voda, studená (kolem 2 ° C ), proniká těmito štěrbinami do hlubin a ohřívá se v blízkosti horkého magmatu (téměř 1200 ° C ). Působením tlaku stoupá tato horká voda směrem k oceánskému dnu a odplavuje skály, které narazily; tento účinek je zvýrazněn vysokými teplotami a tlaky, které zvyšují solubilizační sílu vody. Stává se kyselým a obohaceným o kovové prvky.
Složení emitované hydrotermální tekutiny se mění v závislosti na teplotě a povaze hornin, se kterými se setkáváme při výstupu na oceánské dno, a liší se od složení mořské vody, která je okysličená a slabě alkalická. Na výstupu, tekutina se vyznačuje vysokou teplotou ( 350 , aby 400 ° C ), kyselé pH (2), vysoké koncentrace rozpuštěných plynů ( H 2 S, C.H 4, CO , C.O 2, H 2 ) a ionty kovů ( Si + , Mn 2+ , Fe 2+ , Zn 2+ ) a také výrazná anoxie (tj. Nepřítomnost kyslíku). Na druhou stranu má nízké koncentrace fosforečnanových iontů ( PO 4 3-), hořčík ( Mg 2+ ), dusičnan ( NO 3 ) a síran ( SO 4 2- ). Jejich slanost je velmi proměnlivá (mezi 0,1 a 2násobkem slané vody).
Když byly v 70. letech objeveny hydrotermální struktury, složení tekutiny bylo považováno za relativně konstantní a stabilní. Nyní je zjištěno, díky objevu nových míst, že složení tekutiny je velmi proměnlivé. Jeho složení, teplota a průtok se liší podle úrovně ředění mořské vody před odjezdem; proto se liší mezi weby nebo dokonce mezi několika zdroji stejného webu. V průběhu času si tekutina může zachovat stejné složení po dobu až deseti let nebo se vyvíjet pomalu nebo rychle.
V závislosti na složení hydrotermální tekutiny existují dva různé typy kuřáků: černí kuřáci s horkou hydrotermální tekutinou bohatou na síru a bílí kuřáci, jejichž tekutina je méně horká a neobsahuje částice.
Hydrotermální průduchy napájejí oceány železem , a pokud toto železo stoupne na povrch, podporuje růst fytoplanktonu . Podílejí se tedy na biologickém čerpání uhlíku . Sotva 0,2% železa dodávaného z podvodních zdrojů však zůstává rozpustných. Kuřáci, a zejména černí kuřáci, představují skutečné oázy života na dně oceánů. Organismy se přizpůsobily a využívají teplo a síru emitované těmito hydrotermálními otvory.
V horních vrstvách mořském dně, bazalty , gabbro a peridotitů předložit změněné minerály v důsledku vyluhování a rozpuštění mořskou vodou. Tak plagioklasy jsou transformovány do jílů, pyroxenů a olivínů podle DE serpentin . Jsou hydratovaná, to znamená, že mají hydroxidových radikály (OH - ) poskytované vody.
Kromě toho má cirkulace mořské vody v oceánské kůře účinek evakuace tepla z oceánského dna, a tedy obecněji ze Země, což je důsledkem rozpadu radioaktivních prvků z pláště a ze Země. planetoidy a malá zrna hmoty ze sluneční mlhoviny před 4,6 miliardami let.
Během své emise se horká tekutina setkává se studenou mořskou vodou, což způsobuje postupné srážení minerálů v závislosti na jejich stabilitě za fyzikálně-chemických podmínek. U zdroje se poté vytvoří hydrotermální průduch, který stoupá v soustředných strukturách. Toto školení probíhá v několika fázích.
Nejprve, při emisi, porézní barytová matice ( BaSO 4) A anhydritu ( CaSO 4) je tvořen ze síranových iontů v mořské vodě bez hydrotermální tekutiny. Budova roste svisle a z vnějšku se obohacuje o kovové sloučeniny síry (železo, měď a zinek). Postupně tento nános vede k ucpávání počátečních porézních matric a vytváří se fyzický „okraj“ mezi tekutinou a okolní vodou.
Zadruhé, boční „uzavření“ zdroje způsobí zvýšení teploty v srdci komína. Sulfidy železa (pyrit, markazit, pyrhotit, chalkopyrit, isokubanit) a měď se srážejí uvnitř komína a tvoří centrální kanál. Postupně struktura roste příčně nahrazením anhydritu sulfidy, které jsou za nových teplotních podmínek komínu stabilnější; minerály se organizují v soustředných strukturách.
A konečně, během „života“ kuřáka se může cesta, kterou hydrotermální tekutina ubírá, měnit pomocí mnoha dutin a kanálů. Tato multiplicita může vést ke vzniku bočních prodloužení nebo „přírub“. Rozměry kuřáka se pohybují mezi 70 a 100 m na průměr u základny 25 až 100 m .
Struktury se časem mění a kuřáci jsou pomíjiví: mohou trvat 10 až 100 let, i když ve velmi aktivních oblastech mohou existovat mladší kuřáci (ve věku od 1 do 5 let). Mohou se ve skutečnosti zhroutit nebo může dojít k zablokování potrubí srážením minerálů. Aktivní oblast podél páteře se může posunout a způsobit vznik nových kuřáků a zmizení starých kuřáků. Místo, které vědci objevili během mise, tedy mohlo zmizet, než se tam vrátila nová mise.
Hydrotermální systémy jsou umístěny v hloubkách mezi 700 a 4000 metry. Obecně se nacházejí v oblastech s vysokou tektonickou aktivitou, například podél středoatlantického hřbetu , východo-pacifického hřbetu nebo povodí západního Pacifiku. Nejobvyklejšími místy jsou Tichý oceán, kde se od objevu hydrotermálních průduchů provádějí četné oceánografické kampaně (například PHARE 2002, AMISTAD v roce 1999). Z 60 000 km oceánských hřebenů, které tvoří planetu, bylo dosud prozkoumáno jen několik stovek kilometrů. Mnoho stránek proto zbývá objevit.
Duhová stránkaHydrotermální lokalita Rainbow byla objevena v roce 1997 během potápěčské kampaně FLORES, kterou společně provedlo pět evropských zemí (Francie, Velká Británie, Belgie, Portugalsko, Irsko). Nachází se na 36 ° 13 ′ 39 ″ severní šířky, 33 ° 54 ′ 20 ″ západní šířky , na úrovni severního segmentu středoatlantického hřebene , ve výběžku ultramafických hornin ; výzkum vedl pouze k objevení čedičové žíly jeden kilometr na východ. Teplota emitované hydrotermální kapaliny je 360 ° C , což v důsledku teploty okolní vody ( 3,7 ° C ) vede k intenzivnímu srážení minerálů. Pole se rozkládá na ploše 15 000 m 2 (250 × 60 m ).
Ztracené stránky městaHydrotermální lokalita Lost City byla objevena v roceprosince 2000. Nachází se uprostřed Atlantiku, na 30 ° 07 ′ severní šířky, 42 ° 07 ′ západní délky , jeho vlastnosti se liší od ostatních hydrotermálních průduchů. Je tvořen z metanu a vodíku, které neprodukují významná množství oxidu uhličitého, sirovodíku nebo kovů. Chemické reakce vést k serpentinisation alkalickém pH (mezi 9 a 11) a nízké teplotě 40 , aby 91 ° C . Bílé komíny jsou vyrobeny z uhličitanů a mohou stoupat až do výšky 60 m .
Webové stránky Lucky StrikeLokalita Lucky Strike se nachází jihozápadně od Azor , v portugalských vodách Středoatlantického hřbetu na 37 ° 18 'severní šířky, 32 ° 16' západní délky . Bylo objeveno v roce 1993 během kampaně FAZAR v hloubce 1700 m . Těchto 21 komínů se rozprostírá na ploše 150 000 m 2 , kolem kaldery obklopující lávové jezero starověké sopky s nadmořskou výškou asi 450 m, její základna má velikost 13 a 7 km. Složení hydrotermální kapaliny emitované při teplotě 333 ° C je původní přítomností velkého množství methanu a nedostatkem sulfidů; web je řízen lávovým jezerem, které je čerstvé.
Webové stránky transatlantického geotraverseTrans-Atlantic Geotraverse (TAG), místo se nachází na 26 ° 08 'N, 44 ° 49' W , při průměrné hloubky přibližně 3645 m v Atlantiku, jeho umístění přímo na oceánské čedičové kůry, ve věku na svém 100 000 let stará úroveň. Hydrotermální pole se nachází na kopci širokém 250 m .
Černý kuřák vydává sirnou vodu (sirník kovu) při velmi vysoké teplotě ( 350 ° C ). Kapalina před emisemi nepodléhá zředění mořskou vodou. Černé zbarvení emitované hydrotermální tekutiny pochází z jejího vysokého obsahu železa a manganu.
Bílé kuřáky (neboli „difuzory“) vznikají, když hydrotermální kapalina narazí na chladnější vodu na své cestě k kontinentálnímu šelfu, to znamená, když je před svou show zředěna mořskou vodou; minerály se v tuto chvíli vysráží. Vyzařují vodu obsahující barium a síran vápenatý . Výstupní teplota je nižší než u černých kuřáků (méně než 280 ° C ), stejně jako rychlost difúze (mezi 0,1 a 0,5 m / s ), ke které dochází mnoha malými kanály, kvůli absenci centrálního potrubí u tohoto typu kuřáka. Kapalina může být bílá nebo průsvitná; v druhé situaci má 20% slanost, ale neobsahuje částice. Konečná stavba je bohatá na zinek; jeho matrice je složena převážně ze zinku a sulfidů železa, bez anhydritu a s nízkou koncentrací železa.
Život v hydrotermálních průduchech je, navzdory všem očekáváním, bujný. V hlubinném prostředí při teplotě nižší než 2 ° C , vysokém hydrostatickém tlaku (mezi 100 a 500 bary) se vyvinuly velké živé komunity, zatímco při nedostatku světla není možná žádná primární fotosyntetická výroba, základ všeho ekosystému. Objev ekosystému spojený s hydrotermálními ventilačními otvory změnil znalosti biologie té doby a zejména přesvědčení, že makroskopický život je bez světla nemožný. Na úrovni hydrotermálních průduchů je primární produkce zajištěna chemosyntetickými mikroorganismy . Tyto chemilithotrophic organismy využívají chemickou energii rozpuštěných solí k provádění funkce fotosyntézy v rostlinách. Tvoří tak první článek v potravinovém řetězci, na kterém se primární spotřebitelé stravují. Existují také symbiotické asociace, ve kterých symbiont přináší hostiteli energii.
Život je lokalizován kolem bodů emise hydrotermálních tekutin, které se mísí s mořskou vodou. Existuje teplotní gradient, když se člověk vzdaluje od bodu emise tekutin, a najde společenstva zvířat horkých pólů a společenství zvířat teplých pólů.
Hydrotermální průduchy hostí vysoce specializovanou mikroskopickou a makroskopickou populaci. Druhy pozorované v těchto prostředích jsou tedy často endemické ; z více než 440 druhů objevených před rokem 1997 může 91% žít nebo se rozmnožovat pouze kolem hydrotermálních průduchů (podle dostupných znalostí).
MikroorganismyZ mikroorganismů můžeme rozlišovat extremofily ( bakterie a archea ), které se mohou množit co nejblíže komínu za velmi vysokých teplot a často pod tlakem, a termofily , které žijí ve volné formě v hydrotermální tekutině. To je případ Thermococcales , jako jsou rody Pyrococcus a Thermococcus , a Archaeoglobales . Někteří jsou také barofilové , jako je Pyrococcus abyssi . Na okolních skalách rostou další mezofilní bakterie a vytvářejí rohože, jako je Beggiatoa a Thiothrix . Většina z těchto mikroorganismů vyvíjet ekto- nebo endo- symbióze s hlubinné fauna kolonizovat okolí komínů.
Zvířecí komunityHydrotermální společenství pod vodou jsou charakterizována:
Makrofauna žije poblíž kuřáků, ve vodě mezi 4 a 50 ° C :
Organismy, jako je pachyptila Riftia červa se kroužkovců Alvinella Pompejana , The Rimicaris exoculata krevety jsou používány jako modely a mnoho studoval různých laboratořích. Většina pozorovaných pelagických zvířat je velmi pomalá. V jednom případě však Alvinské ponorky v hloubce asi 2 520 a 2 580 metrů na východním pacifickém hřebeni zahlédly husté roje tisíců malých pelagických amfipodů, které plavaly vysokou rychlostí . Žijí ve spojení s mušlemi, škeblemi a hlísticemi. Zdálo se, že plavou nad a bezprostředně po proudu od hydrotermálních trhlin, aby se udrželi v hydrotermálním toku (rychlost: 5-10 cm / s).
Biogeochemický cyklus je proces cyklického transportu a transformace prvek nebo chemické sloučeniny. Na úrovni hydrotermálních ekosystémů jsou pozorovány cykly železa , dusíku , uhlíku a síry .
Hluboké hydrotermální ventilační ekosystémy jsou jedinečná prostředí, někdy pomíjivá, ale často velmi stará, apriorně ekologicky a energeticky izolovaná, ale se širokou globální distribucí. Vyznačují se velkou geologickou dlouhověkostí a byly a priori ušetřeny epizod vyhynutí a speciace, které zasáhly oblasti mělké vody a půdy. Jejich biogeografické fungování je stále špatně pochopeno. Údaje shromážděné vědci, včetně francouzských, kanadských, německých, japonských a amerických, ukazují zajímavé trendy v taxonomickém složení a distribuci ventilačních organismů na geograficky izolovaných studijních stanovištích. Tyto vzory biodiverzity z těchto druhů se začínají studovat. Regionální podobnosti v distribuci této fauny se zdají být vysvětlitelné vzdáleností mezi vývody a historií tektoniky mořského dna, zejména podmořských hřebenů. Vědci spekulují, že některé druhy hlubinných živočichů používají jatečně upravená těla velryb k rozšíření svého dosahu a kolonizují tak další ekosystémy, například hydrotermální průduchy.
Teorie železa síry světě , vytvořený chemik německého Günter Wächtershäuser (v) , naznačuje, že život může mít svůj původ v hydrotermálních horách. Wächtershäuser věří, že genetice předcházela primitivní forma metabolismu . Metabolismem to znamená cyklus chemických reakcí, které produkují energii ve formě, kterou lze využít jinými procesy.
Teorie naznačuje, že syntéza z aminokyselin by došlo v zemské kůře , které by se pak uvolní po hydrotermálních kapalin v chladnějších vodách, kde pokles teploty a přítomnost jílových minerálů by mít příznivý vliv na tvorbu peptidů. A protocells . Tato hypotéza je přitažlivá kvůli množství metanu (CH 4 ) a amoniaku (NH 3 ) přítomných v hydrotermálních průduchech, což je podmínka, kterou neposkytovala raná atmosféra Země . Jedním z hlavních omezení této teorie je nedostatečná stabilita organických molekul při vysokých teplotách, ale někteří vědci naznačují, že by se život objevil mimo oblasti vysokých teplot. Existuje mnoho druhů extremofilů a jiných organismů, které žijí kolem hydrotermálních průduchů, což naznačuje, že toto je možný scénář.
Některé společnosti nebo země se zajímají o možnost komerčního využití horkých pramenů jako zdroje kalorií nebo pro těžbu na moři. To je například případ Nového Zélandu , jehož výlučná ekonomická zóna (EEZ) se nachází v subdukční zóně bohaté na hydrotermální průduchy.
První vrtné licence (nebo koncese) byly podány v roce 2008 (pro zónu známou jako „ Rumble II West Seamount “, která byla objevena až vsrpna 2007) ve skupině „Neptunské minerály“ ), jedna z prvních společností, která založila těžbu nerostného bohatství hlubokého moře a zejména (SMS nebo masivní sulfidové mořské dno ), která by od roku 2010 chtěla začít sbírat konkrementy z hydrotermálních průduchů Podle ní tato společnost již v roce 2008 získala průzkumná povolení pro oblast mořského dna o více než 278 000 km 2 v teritoriálních vodách Nového Zélandu, Papuy-Nové Guineje a Mikronésských federativních států. A Vanuatu s dalšími žádostmi o povolení prozkoumat dalších 436 000 km 2 teritoriálních vod Nového Zélandu, Japonska , ostrovů Severní Mariany (Společenství Spojených států), ostrovů Palau a Itálie .
Použití kuřáků k výrobě energie má na rozdíl od geotermální energie tu výhodu, že nevyžaduje žádné vrtání ani instalaci čerpacích a tlakových zařízení, protože proces nabíjení / vybíjení je přirozený. Kromě toho je teplota hydrotermální tekutiny mnohem vyšší než teplota vody získané geotermální energií (od 100 do 150 ° C ). Již v roce 1978 , rok po objevu hydrotermálních průduchů, měla skupina z amerického ministerstva energetiky za úkol vyhodnotit možnosti. Projekt byl neúspěšný.
Více nedávno se zrodily nové projekty. Cílem je získat hydrotermální kapalinu zpět na plošinu na povrchu, kde by elektrická energie byla vyráběna turbínami a přenášena podmořskými kabely na pevninu. Tekutina se poté přenese zpět na dno, kde se uvolní. Jiné projekty navrhují, namísto zpětného získávání emitované tekutiny, uzavřený okruh, kde by voda kontinuálně cirkulovala v potrubích mezi povrchem a kuřáky.
D r Simon McDonald ředitel Neptun Group, řekl v roce 2008, že si uvědomit, že tato činnost představuje problémy v oblasti životního prostředí, ale že jeho skupina se zavázala k práci v duchu řádné správy mořského prostředí a transparentní komunikaci se všemi zúčastněnými stranami. Tyto biologové obávají vážné dopady na křehkou biologickou rozmanitost z hluboké vysoce koncentrovaný kolem těchto oblastí a druhů často charakterizovány velmi pomalý růst, pozdní dospělosti a přítomného v nízké hustotě, se spoustou neobjevených druhů vědy.
Bílí kuřáci
Uhasení kuřáci.
Tisíce krabů rodu Cyanagraea
Škola smažení v hydrotermálních tekutinách
: zdroj použitý pro psaní tohoto článku
Geologie mořského dna | mořská biologie |