Черные курильщики — гидротермальные источники на дне океанов
Дно океана также разнообразно, как и земная поверхность. В его рельефе тоже есть горы, огромные впадины, равнины и трещины. Сорок лет назад там обнаружили ещё и гидротермальные источники, названные впоследствии «черными курильщиками». Фото и описание этой диковинки смотрите далее.
Открытие «Алвина»
Неизвестно, сколько бы ещё лет мир не знал про «черных курильщиков», если бы не экспедиция Роберта Балларда. В 1977 году со своей командой из двух человек он отправился изучать морские глубины на аппарате «Алвин». Этот самый известный пилотируемый батискаф способен опускаться на глубину 4,5 километра.
На сей раз так далеко ему не нужно было заплывать. Гидромальные источники были обнаружены уже на глубине 2 километров, облепив дно возле Галапагосских островов. Они выглядят как огромные наросты, из которых бьют фонтаны черной воды. На глубине нескольких сотен метров от дна, из-за клубов, которые выпускают «курильщики» не видно практически ничего. Зато ниже открывается полная картина этого океанического чуда.
Сейчас известно более 500 гидротермальных источников. Они располагаются в районе хребтов на стыках земных платформ. За сорок лет их навестили сотни научных экспедиций. У туристов тоже есть возможность увидеть их воочию, правда, стоит это около нескольких десятков тысяч долларов.
Как они работают?
«Черные курильщики» — это горячие источники наподобие наземных гейзеров. Под действием силы Архимеда они выбрасывают в океан воду, насыщенную минералами и нагретую до 400 градусов. Давление в сотни атмосфер не даёт воде закипать. По сути, она находится в промежуточном состоянии между газом и жидкостью, в физике оно называется сверхкритическим.
«Черные курильщики» расположены в основном на срединно-океанических хребтах. В этих областях происходят активные тектонические процессы, под действием которых формируется новая кора. Когда литосферные плиты раздвигаются, магма под ними выходит наружу, нарастая хребтами на дно.
Образование «курильщиков» тоже связано с этими процессами. Через многочисленные трещины срединных хребтов просачивается холодная морская вода. Внизу она нагревается за счет вулканического тепла и перемешивается с магмой. Со временем она пробивает себе путь наверх и выбрасывается наружу через отверстие в коре.
Их вода черного цвета из-за того, что в ней содержатся окислы меди, цинка, железа, марганца и никеля. Отверстие, из которого выходит смесь, постепенно обрастает стенками остывших металлов. Разветвленные выросты причудливых форм могут достигать 20, 30, и даже 60 метров. Через какое-то время они падают на дно, а источник продолжает наращивать другие колбы.
«Белые курильщики»
«Черные курильщики» на дне океанов не единственные в своем роде. Кроме них, есть и белые гидротермальные источники. Они действуют по схожему принципу, только температуры в них гораздо слабее. Они удалены от краев плиты и непосредственного источника тепла, располагаясь на более давних породах, нежели базальты – перидотитах.
Белые гидротермы совершенно другие по составу. В отличие от своих черных «родственников», они совсем не содержат руд. Жидкость, которая из них выходит, насыщена карбонатами, сульфатами, барием, кальцием, силиконом. Её температура не превышает 80 градусов. В отличие от «черных курильщиков», в них преобладает именно морская вода, а не магматическая.
Источники жизни
Долгое время считалось, что на глубине двух и более километров живые организмы существовать не могут. Температуры воды здесь крайне низкие, доступа к свету нет, отсутствуют водоросли, способные перерабатывать углекислый газ в кислород. Открытие в океане «черных курильщиков» доказало, что мы ещё многое не знаем о нашей планете.
Вокруг гидротермальных источников буквально кипит жизнь. Различные животные обитают на относительно небольших участках, пограничных слоях между невероятно горячими фонтанами и водами большого океана температурой до +4 градусов.
Источники являются начальным звеном пищевой цепи. Они насыщают воду сероводородом, которым питаются бактерии, а они, в свою очередь, становятся пищей для других организмов. Каждая новая научная экспедиция открывает здесь новые биологические виды. Например, были найдены слепые креветки с полупрозрачной кожей и специальным органом, сигнализирующим о том, что животное подобралось к горячему источнику сильно близко.
Фабрики руды
Для ученых «черные курильщики» представляют интерес не только из-за новых видов животных. Это настоящие рудные комбинаты океана. Большая часть руды, которую добывают на суше, образовалась на глубине океанов. Она выбрасывалась на поверхность сотни миллионов лет назад, когда часть материков находилась под водой.
Наблюдая за «курильщиками», ученые могут своими глазами увидеть весь процесс создания руды природой. Гидротермальные источники стали своеобразными научными лабораториями. Сейчас за ними только наблюдают и изучают, но когда-нибудь, они могут стать местами добычи полезных ископаемых.
Источник
Черные курильщики Мирового океана
Мы гораздо больше знаем о том, что находится в космосе, чем о том, что расположено в нескольких километрах под поверхностью Земли. Это справедливо и в отношении глубин Мирового океана. В его водах масса загадок еще ждет своего часа. Теме исследования океанских глубин была посвящено выступление сотрудников Института океанологии РАН в Информационном центре Минатома в Новосибирске.
В первой части заведующий лабораторией донной фауны, д.б.н. Андрей Гебрук рассказал об удивительных системах, открытых менее полувека назад, но уже ставших важным объектом изучения для океанологов всего мира. И не только – океанлогов.
В 1977 году группа ученых работала в экспедиции на Галапагосском рифте (океанском разломе в 400 километрах от одноименных островов). Они проводили траление на глубине 2-3 километров, а затем изучали попавшиеся глубоководные формы жизни. По началу улов был небогат, что, в принципе, было ожидаемо. Но очередной трал принес неожиданно богатую добычу: множество желтых медуз, моллюсков в толстостенных раковинах, креветок и рыб нескольких видов. Откуда такое «бурление» жизни на глубине 2400 метров, в довольно холодной воде, без света и под огромным давлением? Что еще интереснее, планктона, которым могли бы кормиться пойманные обитатели океана, в трале практически не было. И в качестве «вишенки на торте», вместе с животными, известными науке, в нем оказались доселе невиданные – метровые белые трубки, из которых торчали красные щупальца. Эти существа назвали вестиментиферами.
Для того чтобы разобраться, что же там такое творится на глубине, в том же году была организована новая экспедиция, уже с глубоководным батискафом «Элвин». Именно ее участники – биологи и геологи – открыли необычное природное явление: на дне рифта было несколько конусовидных образований из которых поднимался… черный дым.
Ученые довольно быстро разобрались, что это вовсе не дым, а фонтаны горячей воды (градусов 300-400), насыщенной половиной таблицы Менделеева (в основном сульфидами металлов). Но за ними так и закрепилось название «черные курильщики». Спустя несколько лет были найдены похожие образования, которые выделяли горячую воду (температурой около 100 градусов), не насыщенную минералами и потому – белого цвета. Как вы, наверное, догадались, их назвали «белыми курильщиками».
Что же это такое, откуда и зачем взялось и почему вызывает интерес ученых? Давайте разбираться, тем более, за прошедшие десятилетия о них удалось узнать немало.
Во-первых, они не уникальные – черные и белые «курильщики» к нашим дням найдены во всех океанах, главным образом, на стыках тектонических плит. Больше того, недавно их обнаружили на дне Байкала (который также расположен на стыке двух расходящихся плит). Правда, фактически, увидеть их не удалось даже с помощью батискафа, поскольку дно глубочайшего озера покрыто многокилометровым слоем донных отложений, а курильщики расположены под ней. Зато в районе Камчатки их можно наблюдать вообще без батискафа, там несколько «курильщиков» расположено в прибрежной зоне, на глубине около метра. Правда, они маленькие – несколько десятков сантиметров высотой. А вот в Калифорнийском заливе в 1986 году экспедиция советских и мексиканских геологов на судне «Академик Мстислав Келдыш» открыла несколько гигантских «курильщиков» — самый высокий достигал 55 метров, а «дым» над ним поднимался еще на 200 метров.
Так что же такое «курильщик». Это гидротермальный источник, по своему строению ближе всего к гейзерам. На дне океана, вода сквозь трещины проникает довольно глубоко под землю. А в местах стыка тектонических плит раскаленная порода литосферы подходит довольно близко к поверхности дна. Вода, соединяясь с ней разогревается до тех самых 300-400 градусов и обогащается химическими элементами, содержащимися в литосфере. А затем, через другие трещины разогретая смесь прокладывает себе дорогу наверх. Так на дне начинает бить «гейзер». Поскольку происходит это обычно на глубине, где температура окружающей воды довольно низкая, то и фонтан с каждым метром вверх остывает (оставаясь горячим в месте выхода на поверхность), твёрдые частицы оседают и формируют вокруг водяных фонтанов конические трубы. Так формируется «черный курильщик». В случае с «белыми курильщиками» — схема похожая, но в создании конуса участвует большей частью донные отложения.
Понятно, почему «курильщиками» интересуются геологи. В частности, они изучают процессы нефтеобразования, которые протекают в некоторых из них. Но не меньший интерес к ним проявляют биологи.
Помните, с чего мы начали? Трал с глубины принес неожиданно богатый улов. Оказалось, что в окрестностях фонтана глубоководного кипятка бурно развивается жизнь, причем, достаточно специфическая. Активно изучать ее начали в конце прошлого века, после создания специальных глубоководных управляемых аппаратов. Миниатюрные подводные лодки позволили исследователям погружаться на глубины в несколько тысяч метров, своими глазами видеть дно и собирать образцы грунта с помощью механических манипуляторов.
Фауна «курильщиков» — это отдельный замкнутый мир, который приспособился жить не просто на глубине (без света и под огромным давлением), но еще и рядом с постоянно работающим гейзером, насыщающим воду вокруг себя ядовитыми химическими соединениями.
Настоящие мастера адаптации. Кстати, в последнее время эти механизмы адаптации заинтересовали исследователей, чьи научные интересы очень далеки от дна океанов. А именно – специалистов по Венере. Исходя из имеющихся сегодня данных, ученые склонны считать, что верхнюю часть атмосферы Венеры составляют плотные облака с высоким содержанием водяного пара и серной кислоты. Считалось, что жизнь в таких условиях невозможна. Но условия обитания в непосредственной близости от «черного курильщика» в чем-то похожи на венерианские. И если некоторые организмы смогли к ним адаптироваться, да еще и успешно размножаться, то, может быть, и венерианская атмосфера не так стерильна, как казалось ранее.
Как и везде самые многочисленные обитатели здешних мест – бактерии и другие микроорганизмы. Ареал их обитания подходит к вершине «курильщика» наиболее близко: там, где стенки трубы имеют толщину 4–6 см, а температура окружающей среды (назвать водой эту смесь язык не поворачивается) равна 100–120 градусам. Эти бактерии сплетаются в единую массу, которую называют – маты, размерами до нескольких квадратных метров.
Ниже, где температура опускается до 50 – 60 градусов располагаются организмы посложнее – помпейские черви. Так их назвали по аналогии с жителями Помпеи, которые жили у подножия вулкана. Сначала их можно было только наблюдать, причем издалека, поскольку при попытке извлечь червяка в более удобные для человека условия, он погибал. Но недавно, используя технику, которая поддерживала необходимое давление среды, учёным из Университета Пьера и Марии Кюри (Франция) удалось поднять червей живыми и здоровыми и доставить их в лабораторию. Тело червя находится в трубке и имеет длину около 12 сантиметров. Они окрашены в ярко-красный цвет, что обусловлено чрезмерно высоким содержанием гемоглобина в их крови. Помимо термоустойчивости, червь еще неплохо справляется с ядовитым содержанием выбросов «курильщика», благодаря живущим в симбиозе с ним сероводород-окисляющим нитчатым бактериям, которые густо покрывают всю его спину. Червь обеспечивает им регулярное омовение водой, а их органические выделения являются для него основным источником пищи.
Долгое время считали, что помпейские черви единственные существа на планете, кроме бактерий, которые могут постоянно жить при таких высоких температурах. Но затем выяснилось, что между ними ползают мелкие кольчатые черви, заселяющие пустые трубки погибших «помпейцев».
Чем дальше от жерла «курильщика», тем богаче становится биосфера. Там, где температура опускается ниже 40 градусов, видны сплетения белых трубок гигантских (до 2,5 м) червей с ярко-алыми щупальцами. Это вестиментиферы, о которых говорилось выше, тоже, по сути, эндемики здешней фауны. Далее пространство вокруг трубы курильщика на несколько десятков метров заселено огромными двустворчатыми моллюсками длиной 30–40 сантиметров. Между ними и в зарослях трубок ползают тысячи белых крабов и слепых раков, миллионы креветок и т. д. Всего на сегодня открыто около 500 различных видов животных, и для 80 % из них нет аналогов на поверхности океана. При этом большинство из них толком не изучено. Так что работы хватит не на одну диссертацию.
А ведь есть еще и загадки, к ответам на которые человек пока даже близко не подобрался. О некоторых из них шла речь во второй части лекции, прочитанной к.б.н. Дмитрием Астаховым (лаборатория океанической ихтиофауны), но о них – в следующий раз.
Источник
«Черные курильщики» — загадка мирового океана
«Чёрные курильщики», или гидротермальные источники срединно-океанических хребтов — действующие на дне океанов многочисленные источники, приуроченные к осевым частям срединно-океанических хребтов. Из них в океаны поступает высокоминерализованная горячая вода под давлением в сотни атмосфер. Представляют собой трубообразные образования, достигающие высоты в десятки метров, устойчивость которых, по мнению официальной науки, обеспечивается действием силы Архимеда.
Гидротермальные океанические источники выносят растворённые элементы из океанической коры в океаны, изменяя кору и внося весьма значительный вклад в химический состав океанов. Совместно с циклом генерации океанической коры в океанических хребтах и её рециклирования в мантию гидротермальное изменение представляет двухэтапную систему переноса элементов между мантией и океанами. Рециклированная в мантию океаническая кора, видимо, ответственна за часть мантийных неоднородностей.
Гидротермальные источники являются своеобразными «оазисами жизни» в глубинной афотической зоне океана, существующих не на основе фотосинтеза, а хемосинтеза хемосинтезирующих бактерий. Это среда обитания необычных биологических сообществ, обеспечивающих формирование независимых экосистем. Таким образом, к ним приурочены самые глубокие части биосферы, достигающие глубины 2500 метров и более.
Считается, что гидротермальные источники вносят значительный вклад в тепловой баланс Земли. Под срединными хребтами мантия подходит наиболее близко к поверхности. Морская вода по трещинам проникает в океаническую кору на значительную глубину, вследствие теплопроводности нагревается мантийным теплом и концентрируется в магматических камерах. Далее внутреннее давление перегретой воды в камерах приводит к выбросу высокоминерализованных струй из источников на дне.
Их суммарный вклад в тепловой баланс Земли составляет около 20 % от всего выделяемого геотермального тепла — ежегодно «чёрные курильщики» извергают порядка 3·10 в 9 степени тонн высокоминерализованной разогретой до 350 °C воды, и порядка 6·10 в 11 степени тонн — низкотемпературные источники (выше 20 °C).
Наиболее глубокие «курильщики» из обнаруженных располагаются на глубине 5000 м в Каймановой впадине.
Наряду с «чёрными курильщиками» ещё различают «белых курильщиков», которые извергают более светло-окрашенные растворы и взвеси минералов, содержащие в большом количестве барий, кремний и кальций.
Иными словами, именно «курильщики» являются одними из главных инструментов засоления океанов. Были ли океаны солёными всегда, или всё же изначально были пресными? Вопрос остаётся открытым.
Источник