Hidrotermális nyílások: tengerfenéki geotermikus források és élőhelyek
Fedezze fel a hidrotermális nyílások titkait: tengerfenéki geotermikus források, különleges élőhelyek, ősi életformák és hihetetlen biomassza a mélyben.
A hidrotermális nyílás a Föld tengerfenékén lévő olyan nyílás, amelyen keresztül geotermikus energia távozik. A tengervíz bejut, nagyon forróvá válik és felemelkedik. A legforróbbak sok fekete vegyi anyagot szállítanak, és fekete füstölőnek nevezik őket. A tudósok kevesebb fehér füstölőt találtak. A hő sok helyen a föld alól szökik ki. Ha a szárazföldön vannak, akkor általában forró források, gejzírek vagy fumarolák. Sok archaea és baktérium él a víz alatti hidrotermikus nyílások közelében. Ezekben élnek óriás csőférgek, kagylók és garnélarákok, valamint sok más eukarióta. A legkorábbi ismert életformák feltehetően ilyen források közelében éltek.
Mi az a hidrotermális nyílás?
Hidrotermális nyílás olyan hasadék vagy kürtő a tengerfenéken, amelyen keresztül a mélyből feltörő, geotermikus eredetű forró víz és oldott anyagok jutnak a tengerbe. A folyamatot a földkéregben lévő magas hőmérséklet és a kőzetek közötti vízáramlás hozza létre: a hideg tengervíz beszivárog, felmelegszik a meleg kőzetek közelében, majd a sűrűségi és nyomásviszonyok miatt visszaemeledik a felszín felé.
Kialakulásuk és előfordulás
A hidrotermális nyílások leggyakrabban a középóceáni hátságok mentén, illetve tektonikai lemezhatárok és vulkanikus övek közelében találhatók. Tipikus helyszínek:
- középóceáni hátságok (pl. Mid-Atlantic Ridge, East Pacific Rise),
- szubdukciós zónák és vulkanikus szigetek környéke,
- kontinentális lemezek belső törésvonalai és forrópontos területek.
A hidrotermális aktivitás mérete és időtartama változó: egyes kürtők évtizedekig aktívak maradnak, mások csak rövid ideig működnek.
Kémia és hőmérséklet
A felszínre törő folyadék hőmérséklete gyakran 60–400 °C között van, a legforróbb fekete füstölők (black smokers) esetén akár 400 °C is lehet. A víz gazdag oldott ásványi anyagokban: kénben, vasban, mangánban, rezetben, cinkben és más fémekben. A fekete füstölők jellegzetes fekete "füstje" nem valódi füst, hanem a hővizes oldatból kiváló fém-szulfid részecskék felhője. A fehér füstölők (white smokers) gyakran szilícium- és óxidhidroxidokat, illetve baritot bocsátanak ki, és általában alacsonyabb hőmérsékletűek.
Élővilág és tápláléklánc: kemoszintézis
Hidrotermális nyílások környezetét egyedi és bőséges ökoszisztémák jellemzik. Mivel a napfény nem hatol be a mélybe, az élőközösségek alapja nem a fotoszintézis, hanem a kemoszintézis: bizonyos baktériumok és archaea kémiai energiát (pl. kénvegyületek oxidációját) használják fel szerves anyagok előállításához.
Gyakori lakók:
- óriás csőférgek – belső baktériumszimbiontáikkal nyernek energiát,
- kagylók és garnélarákok,
- mikroszkópikus baktérium- és archaeaközösségek, amelyek a tápláléklánc alapját képezik.
Ezek az élőlények extrém körülmények között is képesek túlélni: magas hőmérséklet, nagy nyomás és mérgező kémiai anyagok mellett.
Tudományos és gazdasági jelentőség
Hidrotermális nyílások tanulmányozása több okból is fontos:
- segítenek megérteni az élet határait és eredetét — ezért is merült fel, hogy a legkorábbi ismert életformák ilyen környezetben élhettek,
- modellként szolgálnak az exobolygók és a jégsapkás holdak (pl. Europa, Enceladus) lehetséges életfeltételeihez,
- a kitermelésre érdemes ásványi anyagok (réz, ezüst, arany, ritkaföldfémek) koncentrálódhatnak a kürtők környezetében — ez felveti a mélytengeri bányászat kérdését.
Felfedezés és kutatás
Az első modern értelemben vett hidrotermális kürtők felfedezése az 1970-es évekhez kötődik; mélytengeri kutatóhajók és ember vezette merülőegységek (pl. Alvin) mutatták ki az aktív kürtők és a gazdag élővilág jelenlétét. Azóta távmérő eszközök, ROV-ok és merülőplatformok segítségével sok új lelőhelyet tártak fel.
Veszélyek és védelem
A hidrotermális rendszerek sérülékenyek: a mélytengeri bányászat, szennyezés és a klímaváltozás hatásai veszélyeztethetik ezeket az egyedi élőközösségeket. A tudományos közösség és a nemzetközi szervezetek ezért egyre több területen támogatnak védelmi intézkedéseket és szabályozásokat a fenntartható kutatás és a természeti erőforrások felelős kezelése érdekében.
Összefoglalva: a hidrotermális nyílások különleges geológiai és biológiai rendszerek, melyek kulcsfontosságúak a Föld belső folyamatai, az élet eredetének kutatása és potenciálisan gazdasági erőforrások szempontjából. Egyben értékes laboratóriumok az extrém élőhelyek vizsgálatához és az élettudományok számára.
Egy hidrotermális szellőzőnyílás
A csőférgek a tollaikban élő baktériumokból nyerik az energiát.
Symphurus hydrophilus , egy laposhal, amely csak a hidrotermális nyílások közelében él.
Biológiai közösségek
A mélytengeri organizmusok nem jutnak napfényhez, ezért a kémiai lerakódásokban és hidrotermális folyadékokban található tápanyagokra szorulnak, amelyekben élnek. A környező tengerfenékhez képest azonban a hidrotermális ventillátorok zónáiban az élőlények sűrűsége 10 000-100 000-szer nagyobb.
A hidrotermális szellőzők közösségei azért képesek ilyen nagy mennyiségű életet fenntartani, mert a szellőzőkben élő szervezetek a kemoszintetikus baktériumoktól függenek táplálékként. Ezek a baktériumok a kénvegyületeket, különösen a hidrogén-szulfidot - amely a legtöbb ismert szervezet számára rendkívül mérgező vegyi anyag - használják fel szerves anyagok előállítására a kemoszintézis folyamatán keresztül.
A kemoszintetikus baktériumok vastag szőnyeggé nőnek, amely más élőlényeket, például kétéltűeket és kopárfejűeket vonz, amelyek közvetlenül a baktériumokat legelik. A nagyobb élőlények, mint a csigák, garnélarákok, rákok, óriás csőférgek, halak és polipok az elsődleges fogyasztók fölött ragadozó és zsákmányállatok táplálékláncát alkotják.
A tengerfenéki nyílások körüli élőlények fő csoportjai a férgek, a csigák és a rákfélék, a nagy kéthéjú kagylók és a "szem nélküli" garnélák alkotják a nem mikrobiális élőlények nagy részét.
A csőférgek fontos részét képezik a hidrotermális szellőzők körüli közösségnek. A tápanyagokat közvetlenül a szöveteikbe szívják fel. Egy uncia csőféreg szövetében körülbelül 285 milliárd baktérium található.
A csőférgeknek vörös tollazatuk van, amely hemoglobint tartalmaz. A hemoglobin egyesíti a kénhidrogént, és átadja azt a féreg belsejében élő baktériumoknak. Cserébe a baktériumok szénvegyületekkel táplálják a férget.
Az ökoszisztémában élő egyedülálló állatvilág további példái a Crysomallon squamiferum nevű csigafaj, amelynek lábát vasból és szerves anyagokból készült pikkelyek erősítik, valamint a "pompeji féreg", az Alvinella pompejana, amely akár 80 °C-os hőmérsékletet is képes elviselni.
Több mint 300 új fajt fedeztek fel a hidrotermális nyílásokban, amelyek közül sokan "testvérfajok" a földrajzilag elkülönült nyílásokban élő fajokhoz képest. Azt feltételezik, hogy mielőtt az észak-amerikai lemez áthaladt a Közép-atlanti gerincen, a Csendes-óceán keleti részén egyetlen biogeográfiai vent-régió volt. Az ezt követő utazási akadály elindította a különböző helyeken élő fajok evolúciós szétválását. A különböző hidrotermikus források között megfigyelhető konvergens evolúció példái a természetes szelekció és az evolúció egészének elméletét nagymértékben alátámasztják.
Egy fototróf baktériumfajt találtak egy fekete füstölő közelében Mexikó partjainál, 2500 méteres mélységben. A napfény nem hatol be ilyen mélyen a vízbe. Ehelyett a Chlorobiaceae családba tartozó baktériumok a fekete füstölő gyenge fényét használják fotoszintézisre. Ez az első a természetben felfedezett organizmus, amely kizárólag a napfénytől eltérő fényt használ a fotoszintézishez.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a hidrotermikus szellőzőnyílás?
V: A hidrotermális nyílás a Föld tengerfenékén lévő olyan nyílás, amelyen keresztül geotermikus energia távozik.
K: Mi történik, amikor a tengervíz belép egy hidrotermális nyílásba?
V: A tengervíz belép egy hidrotermális nyílásba, nagyon felforrósodik, és felemelkedik.
K: Mik azok a fekete füstölők?
V: A legforróbb nyílások sok fekete vegyi anyagot hordoznak, és ezeket nevezik fekete füstölőknek.
K: Mik a fehér füstölők?
V: A tudósok kevesebb fehér füstölőt találtak, mint fekete füstölőt.
K: Milyen más geotermikus jellemzőket találunk a szárazföldön?
V: Ha a geotermikus jellemzők a szárazföldön vannak, akkor azok általában forró források, gejzírek vagy fumarolák.
K: Milyen élőlények élnek a hidrotermikus források közelében?
V: Sok archaea és baktérium él a hidrotermális nyílások közelében, amelyek óriás csőférgeket, kagylókat és garnélarákokat, valamint sok más eukariótát tartanak el.
K: Mit gondolnak a tudósok a legkorábbi ismert életformákról?
V: A tudósok úgy vélik, hogy a legkorábbi ismert életformák feltehetően hidrotermikus források közelében éltek.
Keres