Hüdrotermilised lõõrid: merepõhja avad, mustad suitsujad ja elustik
Hüdrotermiline avaus on avaus merepõhjas, mille kaudu väljub geotermiline energia. Merevesi siseneb, soojeneb kuuma magma või kuuma kivimi läheduses ja tõuseb vette tagasi koos lahustunud mineraalide ja gaasidega. Kuumimad neist vooludest sisaldavad palju rikesi ja sulfiidseid ühendeid ning näivad mustad — neid nimetatakse mustaks suitsujateks. On leitud ka heledamaid vooge, mida nimetatakse tavaliselt valgeteks suitsutajateks; need eraldavad teistsuguseid mineraale (näiteks bariumi, kaltsiumi ja ränidioksiidi) ja tunduvad heledamad.
Kuidas hüdrotermilised lõõrid tekivad?
Soojuse allikaks on Maa sisemine soojus: magma või väga kuum maakoorealune kivi. Merevesi imbub läbi pragude ja pooride sügavamale maakoore sisse, kuumutatakse seal üles ja lahustab kivimitest mineraale. See kuum, mineraaliderikas vesi tõuseb välja läbi hüdrotermilise avause ja puutub kokku külma mereveega. Kõrge rõhu tõttu ei keeda vesi sügavas ookeanis ka siis, kui selle temperatuur ulatub sadadesse kraadidesse (mõnel mustal suitsutajal kuni ~400 °C).
Suitsutajad ja nende keemia
- Mustad suitsutajad: väga kuumad vood, mis sadestavad sulfiide (näiteks raud- ja vase sulfiide). See sademe teeb väljapuhke mustaks. Mustadel suitsutajatel võib olla väga kõrge temperatuur ja nad moodustavad sageli torni‑sarnaseid kihte.
- Valged suitsutajad: jahedamad vood, mis sadestavad peamiselt barüümi, kaaliumi ja ränidioksiidi. Sadestised näivad heledamad kui mustadel suitsutajatel.
- Difusioonivood: aeglasem, madalama temperatuuriga voog, kus mineraalid sadenevad peenelt ja veevool on hajusam.
Elustik lõõride ümber
Hüdrotermiliste lõõride ümbrus on üks eripärasemaid ookeaniekosüsteeme: seal ei toimi päikeseenergia aluseks olev fotosüntees, vaid elatus sõltub keemilisest energetsünteesist — kemosünteesist. Keemootroofsed bakterid ja arhed oksüdeerivad väävlit, rauda või metaani ning muundavad lahustunud aineid orgaaniliseks ainuks. Need mikroorganismid moodustavad toiduahela alguse ja elavad kas vabalt või sümbioosis suuremate organismidega.
- Paljud arheoidid ja bakterid on hüdrotermiliste lõõride küljes või neid ümbritsevas mudas. Need mikroorganismid tagavad sümbiootiliselt toidu suuremate organismide jaoks.
- Neis elavad hiiglaslikud toruussid, karbid ja krevetid ning paljud teised eukarüoodid. Paljudel neist on baktereid sisaldavad koed või spetsiifilised söötmiskäitumised, mis võimaldavad elada ilma päikesevalguseta.
Miks hüdrotermilised lõõrid on olulised?
- Bioloogiline tähtsus: need süsteemid näitavad, kuidas elu saab eksisteerida täielikult iseseisva keemilise energiaallika najal. Seetõttu arvatakse, et kõige varasemad teadaolevad eluvormid võisid tekkida ja areneda sarnastes keskkondades.
- Geo‑keemia ja majanduslik huvi: lõõride piirkondades sadestuvad väärtuslikud metallid (näiteks vagi, kroom, hõbe), mistõttu on tekkinud huvi süvamere maavarade kaevandamise vastu.
- Uurimiskeskkond: lõõrid on laborid Maa füüsikaliste, keemiliste ja bioloogiliste protsesside uurimiseks — seal uuritakse näiteks ekstreemsete elutingimuste geneetikat, kemosünteesi mehhanisme ja uut biokeemiat.
Avastamine ja uurimismeetodid
Esimesed laialdasemalt tuntud hüdrotermiliste lõõride avastused toimusid 1970. aastatel, kui uurimislaevad ja süvalainerid (nt Alvin) avastasid rikkaliku elustiku koos toruusside ja mustade suitsutajatega Galapagosi lõunavööndis. Tänapäeval kasutatakse ka kaugbote (ROV), automaatseid sondisüsteeme ja süvaookeani kaarte, et lõõre leida ja uurida.
Ohud ja järeldused
Hüdrotermilised lõõrid on suhteliselt haruldased ja kohalikult väga tundlikud ökosüsteemid. Neid ohustab inimese huvi kaevandamise järele, samuti tõsised muutused ookeani keemias ja temperatuuris. Uurimine aitab mõista nii Maa ajaloolist bioloogilist arengut kui ka tänapäevaseid ökoloogilisi riske ning pakub võimalusi uute biotehnoloogiliste avastuste jaoks.
Hüdrotermiline ava
Toruussid saavad energiat bakteritelt, mis elavad nende ploomides.
Symphurus hydrophilus , lestakala, mis elab ainult hüdrotermiliste lõõride lähedal.
Bioloogilised kogukonnad
Süvamereorganismidel puudub juurdepääs päikesevalgusele, seega peavad nad sõltuma toitainetest keemilistes ladestikes ja hüdrotermilistes vedelikes, milles nad elavad. Võrreldes ümbritseva merepõhjaga on aga hüdrotermiliste purskkaevude tsoonides organismide tihedus 10 000 kuni 100 000 korda suurem.
Hüdrotermiliste purskkaevude kogukonnad suudavad säilitada nii suurt hulka elu, sest purskkaevude organismid sõltuvad toiduks keemosünteetilistest bakteritest. Need bakterid kasutavad väävliühendeid, eriti vesiniksulfiidi, mis on enamiku teadaolevate organismide jaoks väga mürgine kemikaal, et toota orgaanilist materjali kemosünteesi teel.
Kemosünteetilised bakterid kasvavad paksuks matiks, mis meelitab ligi teisi organisme, näiteks kahejalgseid ja koprapoode, kes karjatavad baktereid otse. Suuremad organismid, nagu tigud, krevetid, krabid, hiiglaslikud toruussid, kalad ja kaheksajalad, moodustavad primaarsetest tarbijatest kõrgemal asuva kiskja ja saagi toiduahela.
Peamised organismide rühmad merepõhja luukide ümber on ussid, maojalgsed ja koorikloomad, kusjuures suuremad kahepoolmelised karbid ja "silmata" krevetid moodustavad suurema osa mittemikroobsetest organismidest.
Toruussid moodustavad olulise osa hüdrotermilise avause ümbruse elustikust. Nad imavad toitaineid otse oma kudedesse. Ühe untsi torukoe kohta on ligikaudu 285 miljardit bakterit.
Torumadudel on punased pungad, mis sisaldavad hemoglobiini. Hemoglobiin ühendab vesiniksulfiidi ja annab selle edasi ussis elavatele bakteritele. Vastutasuks toidavad bakterid ussit süsinikuühenditega.
Teised näited selle ökosüsteemi ainulaadsest loomastikust on gastropood Crysomallon squamiferum, tigude liik, mille jalgu tugevdavad rauast ja orgaanilistest materjalidest valmistatud soomused, ja "Pompeii uss" Alvinella pompejana, mis suudab taluda kuni 80 °C (176 °F) temperatuuri.
Hüdrotermilistes lõõrides on avastatud üle 300 uue liigi, millest paljud on "sõsarliigid" teiste geograafiliselt eraldatud lõõride piirkondades. On tehtud ettepanek, et enne kui Põhja-Ameerika plaat ületas Kesk-Atlandi seljandikku, oli Vaikse ookeani idaosas üks biogeograafiline avauste piirkond. Järgnenud liikumistõkke tõttu algas liikide evolutsiooniline lahknemine eri kohtades. Erinevate hüdrotermiliste luukide vahel täheldatud näiteid konvergentsest evolutsioonist peetakse oluliseks toetuseks loomuliku valiku ja evolutsiooni teooriale tervikuna.
Mehhiko ranniku lähedal, 2500 m sügavusel, on leitud üks fototroofse bakteri liik, mis elab musta suitsu lähedal. Nii kaugele ei tungi päikesevalgus. Selle asemel kasutavad Chlorobiaceae perekonda kuuluvad bakterid fotosünteesiks musta suitsetaja nõrka helendust. See on esimene looduses avastatud organism, mis kasutab fotosünteesiks eranditult muud valgust kui päikesevalgust.
Küsimused ja vastused
K: Mis on hüdrotermiline ava?
V: Hüdrotermiline luuk on avaus maapõues, mille kaudu väljub geotermiline energia.
K: Mis juhtub, kui merevesi siseneb hüdrotermilõhede?
V: Merevesi siseneb hüdrotermaalsesse luuki, muutub väga kuumaks ja tõuseb üles.
Küsimus: Mis on mustad suitsujad?
V: Kuumimad luugid kannavad endas palju musti kemikaale ja neid nimetatakse mustadeks suitsutajateks.
K: Mis on valged suitsujad?
V: Teadlased on leidnud vähem valgeid suitsujad kui musti suitsujad.
K: Milliseid muid geotermilisi omadusi leidub maismaal?
V: Kui geotermilised nähtused on maismaal, siis on need tavaliselt kuumad allikad, geisrid või fumaroolid.
K: Millised organismid elavad hüdrotermiliste purskkaevude lähedal?
V: Hüdrotermiliste lõõride lähedal elavad paljud arheoidid ja bakterid, mis toetavad hiiglaslikke torujuurtigu, karbid ja krevetid ning paljud teised eukarüoodid.
K: Mida usuvad teadlased kõige varasemate teadaolevate eluvormide kohta?
V: Teadlased usuvad, et kõige varasemad teadaolevad eluvormid on arvatavasti elanud hüdrotermiliste lõõride lähedal.
