Komin hydrotermalny

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Komin geotermalny
Dźwięk komina hydrotermalnego.

Komin hydrotermalny (ujście hydrotermalne, komin geotermalny) – położone na dnie oceanów miejsca erupcji gorącej wysoko zmineralizowanej wody, zawierającej również gazy wulkaniczne.

Charakterystyka[edytuj | edytuj kod]

Kominy hydrotermalne towarzyszą strefom ryftów oceanicznych – położonych w obrębie dna oceanicznego, na znacznych głębokościach (1500 do 4000 m), miejsc rozchodzenia się płyt tektonicznych (spreading). Wylewom gorącej lawy towarzyszą tu wycieki przegrzanej do ponad 350 °C wody hydrotermalnej, przesyconej siarczkami metali, metanem i amoniakiem. Z kominami hydrotermalnymi związane są osady siarkowe i metali ciężkich oraz unikalne zespoły fauny i flory. Wykryto je dopiero w końcu lat 70. XX wieku.

Unikatowymi cechami tych zespołów są: endemiczność (90% wykrytych tam organizmów to gatunki nowe dla nauki, nie występujące w innych środowiskach), przystosowanie do życia w warunkach środowiska przesyconego siarczkami (sulfofile) i metalami ciężkimi, a często i w wysokich temperaturach (termofile), niezwykła organizacja łańcuchów troficznych, oparta na produkcji pierwotnej chemoautotroficznych bakterii, co czyni te środowiska całkowicie niezależnymi od dostępu światła.

Przypuszcza się, że analogiczne podmorskie ujścia hydrotermalne istnieją na jednym z księżyców Jowisza, Europie, a w dalekiej przeszłości mogły istnieć na Marsie. Systemy ekologiczne rozwijające się wokół oceanicznych ujść hydrotermalnych na Ziemi są rozważane jako modele ewentualnych ekosystemów, które mogłyby istnieć na innych planetach.

Dyskutowanym obecnie zagadnieniem jest możliwość eksploatacji minerałów wokół ujść hydrotermalnych bez uszkodzenia tych unikalnych ekosystemów.

Występowanie[edytuj | edytuj kod]

Pierwszy komin hydrotermalny wraz z otaczającym go ekosystemem został odkryty w 1977 roku przez amerykańską ekspedycję geologiczną badającą za pomocą batyskafu „Alvin” Ryft Galapagos położony w osiowej części Grzbietu Wschodniopacyficznego, kilkaset kilometrów od wybrzeży Ameryki Południowej. Później kominy hydrotermalne odkryto na Grzbiecie Śródatlantyckim oraz Grzbiecie Gakkela w Oceanie Arktycznym.

Powierzchnia Ziemi dzieli się na kilkanaście płyt tektonicznych obejmujących warstwę litosfery, a być może również jej głębsze podłoże. Rejon grzbietów oceanicznych, to otaczający Ziemię, biegnący po dnie oceanów system podmorskich gór, tworzący najdłuższy łańcuch górski Ziemi (ok. 60 000 km). W rejonie tym płyty tektoniczne rozchodzą się. Są to obszary silnej aktywności wulkanicznej, wydobywająca się tam magma tworzy nowe partie dna oceanicznego. Kominy hydrotermalne, podmorskie wulkany i erupcje linijne występują w obrębie doliny ryftowej grzbietów śródoceanicznych i są przejawami dopływu materii z górnego płaszcza. Gorąca woda, przesycona rozpuszczonymi minerałami (głównie siarczki metali: miedzi, cynku, żelaza i wielu innych) oraz siarkowodorem, metanem i amoniakiem, wydobywa się przez otwory o średnicy od paru centymetrów do ponad 1,5 m. W kontakcie z zimną wodą oceanu wytryskująca przegrzana woda hydrotermalna ochładza się, a rozpuszczone w niej minerały wytrącają się, tworząc nieprzejrzystą, ciemną (ang. black smokers) lub białą (ang. white smokers) zawiesinę w kształcie pióropusza. Barwa pióropusza zależy od składu chemicznego rozpuszczonych minerałów. Wytrącone cząstki mineralne osadzają się w pobliżu ujścia, tworząc „kominy” narastające z prędkością do 2 m/rok. Obserwowano kominy o wysokości do 60 m. Aktywność kominów może trwać od kilku do kilkudziesięciu lat. Z czasem mogą one zostać zatkane przez wytrącające się osady lub zamknięte w wyniku aktywności wulkanicznej.

Pochodzenie wody z kominów hydrotermalnych[edytuj | edytuj kod]

Woda wyrzucana przez kominy może być juwenilna (pochodząca z górnego płaszcza) lub może pochodzić z oceanu. W tym ostatnim przypadku zimna woda oceaniczna (w pobliżu dna oceanów ma ona temperaturę około 2 °C) przesiąka do tworzących się tam pęknięć i w kontakcie z gorącą magmą (o temperaturze 1400 °C) ulega ogrzaniu aż do 350 °C (tak wysoka temperatura ciekłej wody jest możliwa w wyniku wysokiego ciśnienia panującego na dnie oceanu). Podgrzana woda rozpuszcza różne minerały występujące w głębi ziemi i już wzbogacona w różne związki chemiczne jest z powrotem wyrzucana do oceanu.

Warunki fizykochemiczne w rejonie kominów[edytuj | edytuj kod]

W rejonie kominów hydrotermalnych panują dość skrajne warunki fizykochemiczne:

  • wysokie ciśnienie (rzędu 300 atmosfer i więcej – zależnie od głębokości)
  • całkowity brak światła ( światło słoneczne przenika w głąb oceanu na głębokość co najwyżej rzędu 100 m)
  • ekstremalne temperatury: najwyższa dotychczas zmierzona temperatura wody wypływającej z komina wynosiła 407 °C, najwyższa temperatura, w której obserwowano żywe i rosnące rurkoczułkowce wynosiła 100 °C, natomiast temperatura otaczającej wody oceanicznej jest rzędu 2 °C.
  • obecność w dużych stężeniach siarczków i siarczanów metali ciężkich i siarkowodoru, trującego dla większości ziemskich organizmów.
  • silnie kwaśny odczyn (woda w rejonie kominów może mieć pH rzędu 2,8).

Procesy wzrostu wielu organizmów przystosowanych do tych nietypowych warunków mogą być bardzo szybkie (obserwowano przyrost długości pewnych gatunków rurkoczułkowców do 2 m rocznie, również zasiedlenie nowo utworzonego ujścia przez w pełni rozwinięty ekosystem może trwać jedynie parę lat). Z drugiej strony procesy rozkładu w tych warunkach zachodzą bardzo powoli.

Życie w rejonie kominów hydrotermalnych[edytuj | edytuj kod]

Komin geotermalny z białą zawiesiną wytrąconych osadów – white smokers

Tworzące się wokół kominów hydrotermalnych ekosystemy są całkowicie uniezależnione od dopływu światła, a ich byt zależy od istnienia źródła gorącej i bogatej w siarczki wody. Podstawą łańcucha pokarmowego ekosystemów kominów hydrotermalnych są autotroficzne bakterie chemosyntetyzujące, które wykorzystują jako źródło energii procesy utleniania siarczków (sulfofile), niektóre gatunki mogą żyć wprost w gorącej wodzie wydobywającej się z kominów (termofile). Bakterie te są autotrofami — kosztem tej energii chemicznej wytwarzają substancje organiczne na drodze chemosyntezy. Są one producentami i od ich istnienia zależy cały łańcuch pokarmowy. W 1991 roku obserwowano proces tworzenia się ekosystemu wokół nowo powstałego komina. Początkowo woda w wypływie i teren wokół niego zostaje zasiedlony przez bakterie, tworzące grubą warstwę wokół wylotu. Następnie pojawiają się pierwotniaki, po czym ślimaki, krewetki, kraby, rurkoczułkowce, ośmiornice i ryby. Pierwotnymi konsumentami, odżywiającymi się bezpośrednio bakteriami, są mięczaki, niektóre kraby oraz rurkoczułkowce. Te ostatnie tworzą gęste „zarośla” złożone z długich białych rurek, blisko stłoczonych i otaczających miejsce wytrysku cieczy. Biomasa tych robaków osiąga wartości nie spotykane na tych głębokościach. Oceny dokonane na ryfcie Galapagos i dotyczące jednego tylko gatunku rurkoczułkowca (Riftia) dają wartości biomasy rzędu 10–15 kg/m2 – a więc do 100 tysięcy razy więcej, niż na rozciągającym się w najbliższym sąsiedztwie „jałowym” dnie oceanu. Zarośla rurkoczułkowców są „spasane” przez inne zwierzęta, w tym kraby i ryby. Obgryzają one wystające z rurek „czułki” (gałązki skrzelowe), nie zabijając przy tym samych robaków, gdyż ich skrzela odrastają. Z braku prawdziwych roślin w oazach wokół ujść hydrotermalnych rurkoczułkowce przejęły niemal wszystkie ich funkcje. Piętro drapieżników tworzą ośmiornice, ryby oraz pewne gatunki ukwiałów. Niektóre mięczaki oraz rurkoczułkowce przystosowały się skrajnie do symbiotycznego współżycia z bakteriami, co doprowadziło do całkowitego zaniku ich przewodu pokarmowego. Bakterie chemosyntetyzujące żyją wewnątrz ich ciał, a zwierzęta te pobierają substancje odżywcze wprost do tkanek. Ekosystemy hydrotermalne zamieszkuje kilka gatunków rurkoczułkowców, np. Tevnia jerychoniana należy do pierwszych zwierząt dominujących w młodych ekosystemach, w bardziej rozwiniętych częściej występuje Riftia pachyptila, mogący dorastać do ponad 2 m długości. W gorących regionach kominów hydrotermalnych spotykany jest skrajnie termofilny gatunek Alvinella pompejana. W sumie w rejonach kominów hydrotermalnych odkryto ponad 300 nowych gatunków, z których większość jest endemiczna – nie występuje nigdzie indziej i nie mogłaby egzystować poza kominami hydrotermalnymi.

Znaczenie gospodarcze[edytuj | edytuj kod]

W przyszłości może być opłacalna eksploatacja osadów rud metali występujących wokół kominów; enzymy wytwarzane przez organizmy funkcjonujące w tak ekstremalnych warunkach mogą znaleźć zastosowanie w medycynie i w różnych gałęziach przemysłu.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]

Polskojęzyczne:

Angielskojęzyczne: