ჰიდროთერმული ღრმული

ჰიდროთერმული ღრმული — ზღვის ფსკერზე არსებული ტერიტორია, სადაც წყალი გეოთერმულად თბება. ჰიდროთერმული ღრმულები ჩვეულებრივ გვხვდება წყალქვეშ მყოფი აქტიური ვულკანების ახლო ტერიტორიებზე, სადაც ტექტონიკური ფილების დეფორმირება ხდება მათი გადაადგილების გამო. ჰიდროთერმული მოქმედებების შედეგგად წარმოიქმნება წყალქვეშა კლდეები და სხვადასხვა მინერალები.
ჰიდროთერმული ღრმულები არსებობს, რადგან დედამიწა არის გეოლოგიურად აქტიური პლანეტა და აქვს დიდი რაოდენობით წყლის რესურსი მის ზედაპირსა და ქერქში. ზღვის ქვეშ, ჰიდროთერმულ ღრმულში წარმოიქმნება სხვადასხვა ფერის კვამლი, რომელიც შეიძლება იყოს შავი ან თეთრი. ზოგადად წყალქვეშა ღრმულების გარშემო მდებარე ტერიტორიები ბიოლოგიურად უფრო მრავალფეროვანია, ვიდრე ჩვეულებრივი ტერიტორიები. ხშირად ორგანიზმები სასიცოცხლოდ იყენებენ ამოფრქვეულ მინერალებს. ძირითადად ასეთ ადგილებში ცხოვრობენ ქემოსინთეზის უნარის მქონე ბაქტერიები და არქეები, რომლებიც კვებითი ჯაჭვის საფუძველს წარმოადგენენ და ხელს უწყობენ ორგანიზმების მრავალფეროვნებას, ისინი არიან კრევეტების, მოლუსკებისა და გიგანტური ჭიების საკვები. მეცნიერები ფიქრობენ, რომ აქტიური ჰიდროთერმული ღრმულები არსებობა შესაძლებელია იუპიტერის მთვარეზე, კერძოდ, ევროპაზე, ასევე სატურნის მთვარე ენცელადზე, და ვარაუდობენ, რომ ყველაზე ძველი ჰიდროთერმული ღრმული არსებობდა მარსზე.
თეთრი და შავი კვამლი
ზოგიერთი ჰიდროთერმული ღრმული უხეში ცილინდრული ფორმისაა, რომელიც საკვამურის სტრუქტურას წააგავს. იგი ფორმირდება მინერალებისგან, რომლებიც მყარდება წყლის ფსკერზე ამოსვლისას. როდესაც ძლიერ გაცხელებული წყალი, რომელიც სავსეა მინერალებით, შეერევა ოკეანის ან ზღვის ცივ წყალს, ამ დროს წყალში გახსნილი მინერალები გადადიან მყარ მდგომარეობაში. ამ მილისებრ სტრუქტურას შეუძლია მიაღწიოს 60 მეტრსაც. ამის მაგალითი იყო ჰიდროთერმული ღრმული სახელად „გოძილა", სტრუქტურა წყნარი ოკეანის ღრმა ფსკერზე ორეგონის მახლობლად მდებარეობდა, იგი გაიზარდა 40 მეტრამდე, თუმცა 1996 წელს დაინგრა.
ჰიდროთერმული ღრმულები, რომლებიც გამოყოფენ შავი ფერის კვამლს, მდებარეობენ ზღვის ფსკერზე, ჩვეულებრივ, ბათიალურ ზონაში 2500 მ-დან 3000 მ-მდე, თუმცა იგი გვხვდება, როგორც უფრო მცირე სიღმეზე, ასევე უფრო ღმა რეგიონებშიც. კვამლის შავი შეფერილობა, ჩვეულებრივ, განპირობებულია იმით, რომ იგი შეიცავს გოგირდის მინერალებს მაღალი კონცენტრაციით, მაგალითად სულფიდებს. წყალი ფსკერზე ამოსვლისას ძალიან გაცხელებულია, მისი ტემპერატურა ზოგჯერ 400°C-საც კი აღწევს. ეს წყალი ძალიან მდიდარია დაშლილი მინერალებით, განსაკუთრებით კი სულფიდებით, რომლებიც დედამიწის ქერქიდან გამოიდევნებიან. ოკეანის ცივ წყალთან შეხებისას, მინერალები მყარდებიან და ნაკადის გარშემო ქმნიან ცილინდრულ სტრუქტურას. ზოგიერთი ღრმული ძალზე მდიდარია სხვადახვა ბუნებრივი რესურსით, როგორიცაა ლითონები, მაგალითად, არსებობს ჰიდროთერმული ღრმული სახელად „ცისარტყელა“, რომელშიც რკინის კონცენტრაცია 24,000 μM-ს შეადგენს.
შავი კვამლის ღრმულები პირველად 1979 წელს აღმოაჩინეს, აღმოსავლეთ წყნარ ოკეანეში, ერთ-ერთი პროექტის დროს, სკრიპსის ოკეანოლოგიის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა. იგი დააფიქსირეს ღრმა წყლებისთვის განკუთვნილი მოწყობილობით. დღესდღეობით ცნობილია, რომ შავი კვამლის გამომყოფი ჰიდროთერმული ღრმულები ატლანტისა და წყნარ ოკეანეებში არსებობენ, 2100 მეტრის სიღრმეზე. ამ ტიპის ღრმულები საინტერესოა, რადგან ისინი დედამიწის ქერქის უფრო სტაბილურ არეალში არიან, სადაც ტექტონიკური მოძრაობები ნახლებად შეინიშნება. მსოფლიოში ცნობილი ყველაზე ღრმად არსებული ამ ტიპის ჰიდროთერმული ღრმული მდებარეობს კარიბის ზღვაში, იამაიკასა და კაიმანის კუნძულებს შორის 5 000 მეტრის სიღრმეზე.
თეთრი ფერის გამოყოფა დამოკიდებულია მინერალის გვარობაზე, კონკრეტულად ამ ტიპის ჰიდროთერმული ღრმულის ნაკადის შეფერილობა განპირობებულია ბარიუმის, კალციუმისა და სილიციუმის მაღალი კონცენტრაციით. ასეთ ღრმულებს აქვთ უფრო ნახლები სიმხურვალე, რადგანაც თავიანთი სითბოს წყაროდან დაშორებით მდებარეობენ.
შავი და თეთრი ფერის ღრმულები შეიძლება თანაარსებობდნენ ერთ ტერიტორიაზე, რადგან მათი ფერების განსხვავებულობა დამოკიდებულია ნივთიერების ტიპსა და კონცენტრაციაზე. ასევე მათ შორის განსხვავებულია ტემპერატურაც, ვინაიდან თეთრი ფერის ნაკადი უფრო მეტ კალციუმსა და მის ნაერთებს შეიცავს, რომელიც კარგი საშენი მასალაა, ამიტომაც, რაც უფრო იზრდება საკვამურის მსგავსი სტრუქტურის ფორმა, თაღის ბოლო შორდება საწყის წერტილს, ანუ სითბოს ცენტრს, მით უფრო იკლებს ნაკადის ტემპერატურა.
აღმოჩენა და შესწავლა
1949 წელს, კვლევების შედეგად, წითელი ზღვის ცენტრალურ ნაწილში დაფიქსირდა ტემპერატურის ანომალიური მოვლენა. მოგვიანებით 1960-იან წლებში ჩატარებულმა გამოკვლევა დაადასტურა 60 °C-ს ტემპერატურაზე გაცხელებული მარილიანი წყლის არსებობა ამ მიდამოებში. ტემპერატურის ამგვარი მატება გამოწვეული იყო ფსკერზე მიმდინარე მოვლენებისგან, ხოლო წყლის ეს ნაკადი საკმაოდ საზიანო იყო ადგილობრივი ორგანიზმებისთვის. ამჟამად ეს მოვლენა კვლავ კვლევის პროცესშია, ვინაიდან იგი წარმოადგენს ჩვეულებრივი და ძვირფასი ლითონების საბადოს.
ასეთ გარემოში სიცოცხლე პირველად 1977 წელს დაფიქსირდა, როდესაც ეროვნული სამეცნიერო ფონდის მიერ დაფინანსებული საზღვაო გეოლოგთა ჯგუფი დაუბრუნდა კვლევებიდან. ამ წყალქვეშა კვლევის მთავარი მკვლევარი იყო ჯეკ კორლისი, ორეგონის სახელმწიფო უნივერსიტეტიდან. კორლისმა და ვან ანდელმა სტენფორდის უნივერსიტეტიდან დაათვალიერეს და შეისწავლეს ჰიდროთერმული ღრმულები და მათი ეკოსისტემა, 1977 წლის 17 თებერვალს. კვლევაში მონაწილე სხვა მეცნიერები იყვნენ, რიჩარდ (დიკი) ფონ ჰერზენი და რობერტ ბალარდი, ჯეკ დიმონდსი და ლუი გორდონი, ორეგონის სახელმწიფო უნივერსიტეტიდან, ჯონ ედმონდსი და ტანია აიტვარსი მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიის ინსტიტუტიდან, დეივ უილიამსი,ამერიკის შეერთრებული შტატების ოკეანოლოგიის უნივერსიტეტიდან და ა.შ.
მაღალი ტემპერატურის ჰიდროთერმული ღრმულები, რომელთა ნაკადიც შავი ფერის იყო, სკრიპსის ინსტიტუტის ოკეანოლოგიის ჯგუფმა აღმოაჩინა 1979 წლის გაზაფხულზე, მოწყობილობა „ALVIN“- ის გამოყენებით, რომლის საშუალებითაც ექსპედიციის გუნდმა შეადგინა და გამოიკვლია წყალქვეშა რუკა. ჩაყვინთვისთვის ადგილი შეირჩა 1978 წელს საფრანგეთის მიერ ჩატარებულ „CYAMEX“- ის ექსპედიციისას ფსკერზე გოგირდწყალბადის აღმოჩენის საფუძველზე. ჩაყვინთვისას ყველაზე მაღალი ტემპერატურა, რომელიც დაფიქსირდა, მოდიოდა ფსკერზე არსებული ჰიდროთერმული ღრმულიდან და შეადგენდა 380 ± 30 ° C-ს. შავი კვამლის ანალიზისას დადგინდა, რომ ძირითადად მის შემადგენლობაში რკინის სულფიდი (FeS) შედიოდა.
2005 წელს, „Neptune Resources NL“- მა, რომელიც არის მინერალების შემსწავლელი კომპანია, მიიღო უფლება, რათა 35,000 კმ²-ის მასშტაბზე ჩაეტარებინა გამოკვლევბი, აღმოეჩინა სულფიდის საბადოები, ტყვია, თუთია და სპილენძი, კვლევები მიმდინარეობდა ახალი ზელანდიის ტერიტორიაზე.
ოკეანოლოგები სწავლობენ ხუან დე ფუკას ვულკანებსა და ჰიდროთერმულ ღრმულებს, სადაც ტექტონიკური ფირფიტები ერთმანეთისგან საკმაოდ შორს მოძრაობენ.
ჰიდროთერმული ღრმულის ბიოლოგია
ზოგადად მიიჩნევა, რომ სიცოცხლის არსებობისთვის მნიშვნელოვანია მზისგან წამოსული ენერგია, მაგრამ ღრმა წყლის ორგანიზმებს არ აქვთ წვდომა მზის სინათლეზე, ამიტომაც ისინი არსებობენ ჰიდროთერმული ღრმულების გარშემო, საიდანაც დიდი რაოდენობით სითბო გამოიყოფა. ადრე ოკეანოლოგები თვლიდნენ, რომ ღრმულებში არსებული ორგანიზმები დამოკიდებულნი იყვნენ საზღვაო თოვლზე, თუმცა ასე არ არის, ვინაიდან ორგანიზმები გარკვეულწილად ღრმულიდან წამოსული ნაკადით საზრდოობენ. ასევე აღსანიშნავია, რომ ჩვეულებრივ ღრმა წყლებთან შედარებით ჰიდროთერმულ ღრმულებთან ცოცხალი ორგანიზმების რაოდენობა 10 000-დან 100 000 ჯერ მატია.
ასეთ ადგილებში ჩვეულებრივ წყლის ორგანიზმებს უჭირთ არსებობა, თუმცა არიან ბაქტერიის სახეობები, რომლებიც ნაკადიდან წამოსული ქიმიური ნივთიერებებით სარგებლობენ, ასეთი ნივთიერებაა მაგალითად, წყალბადის სულფიდი, რომელსაც ბაქტერიები გოგირდად და წყლად გარდაქმნიან.
აქ არსებული ეკოსისტემისთვის ჰიდროთერმული ღრმული მთავარი საარსებო წყაროა, იგი ორგანიზმებს სითბოთი ამარაგებს, ისინი განსხვავდებიან დედამიწის ზედაპირზე მცხოვრები ორგანიზმების უმეტესობისგან, რომლებიც მზის ენერგიის საშუალებით ცოცხლობენ. მიიჩნევა, რომ ასეთი ორგანიზმები მზისგან დამოუკიდებლად არსებულ სამყაროში ცხოვრობენ, თუმცა მათი გარკვეული ნაწილი მაინც დამოკიდებულია მცენარეებზე, რომლებიც ფოტოსინთეზის საშუალებით გამოყოფენ ჟანგბადს.
ქიმიოსინთეტიკური ბაქტერია ცხოვრობს მსგავს პირობებში, რომელიც იზიდავს სხვა ორგანიზმებს, როგორებიც არიან: ლოკოკინები, კრევეტები, ჭიები, თევზები და რვაფეხები, რის შედეგადაც რეგიონში, არსებობს, როგორც მსხვერპლი ასევე მტაცებელი, რაც ქმნის გარკვეული ტიპის კვებით ჯაჭვს. აქ არსებული ჭიები, რომლებიც შეიძლება 2 მეტრამდე გაიზარდონ, ხშირად გვხვდებიან ჰიდროთერმული ღრმულის გარშემო. ისინი არიან სხვა პარაზიტი ჭიების მსგავსი ორგანიზმები, რომელთაც არ აქვთ განვითარებული სხვადასხვა ორგანოები.
ლიტერატურა
William Martin & Michael J. Russell: On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to nucleated cells. In: Philosophical Transactions of the Royal Society. Biological Sciences. 358 (1429), 2003, S. 59–85, PMID 12594918, PMC 1693102 (freier Volltext)
William Martin et al.: Hydrothermal vents and the origin of life. In: Nat Rev Microbiol. Bd. 6, Nr. 11, 2008, S. 805–814, PMID 18820700, doi:10.1038/nrmicro1991.
Cindy L. Van Dover: The ecology of deep-sea hydrothermal vents. Princeton Univ. Press, Princeton 2000, ISBN 0-691-05780-X.
David M. Karl: Microbiology of deep-sea hydrothermal vents. CRC Press, Boca Raton 1995, ISBN 0-8493-8860-0.
Gerald Traufetter: Naschen von Neptuns Schatz. In: Der Spiegel. Nr. 40, 2006, S. 146–148 (online).
Лобье Люсьен. Оазисы на дне океана / Пер. с англ. М. А. Долголенко. — М: Гидрометеоиздат, 1990.
Михаил Никитин. Происхождение жизни. От туманности до клетки. — М.: Альпина нон-фикшн, 2016. — 542 с. — ISBN 978-5-91671-584-2.
Галкин С.В. Гидротермальные сообщества Мирового океана. Структура, типология, география. / академик РАН Виноградов М.Е. — М.: ГЕОС, 2002. — 200 с. + вклейки 24 с. — ISBN 5-89118-287-4.
Glyn Ford and Jonathan Simnett, Silver from the Sea, September/October 1982, Volume 33, Number 5, Saudi Aramco World Accessed 17 October 2005
Ballard, Robert D., 2000, The Eternal Darkness, Princeton University Press.
http://www.botos.com/marine/vents01.html#body_4
რესურსები ინტერნეტში
Ocean Explorer (www.oceanexplorer.noaa.gov) – Public outreach site for explorations sponsored by the Office of Ocean Exploration.
What are hydrothermal vents & why are they important? From Woods Hole Oceanographic Institution
Hydrothermal Vents - Interactive Module from Dive and Discover
Hydrothermal vents video – The Smithsonian Institution's ocean portal
Vent geochemistry
A good overview of hydrothermal vent biology, published in 2006 (PDF)
Images of hydrothermal vents in Indian Ocean – released by the National Science Foundation
How to build a hydrothermal vent chimney
NOAA, Ocean Explorer YouTube channel
Katharina Schöbi: Coole Nachbarschaft – Der Meereswurm Alvinella pompejana in der Nähe heißer Thermalquellen, wissenschaft.de, 3. Mai 2005
Hitzerekord in der Tiefsee (Memento vom 21. Mai 2007 im Internet Archive). Netzeitung, 22. Juni 2006.
Video Schwarze Raucher: Erzfabriken der Tiefsee. GEOMAR, 2012
G. S.: Lexikon der Biologie: Hydrothermalquellen, auf spektrum.de
Jürgen Paeger: Immer noch ein Rätsel: Die Entstehung des Lebens, auf oekosystem-erde.de
MARUM: Leben in der Tiefsee – Heiße Quellen, auf marum.de
სქოლიო
ჰიდროთერმული წყაროები
სასარგებლო წიაღისეულების გეოლოგია
გეოლოგია
ბუნებრივი მოვლენები
ბუნებრივი რესურსები
ვულკანიზმი
გეოლოგიური პროცესები
გეოდინამიკა
გეოფიზიკა