CP v2

Tag: Hidroterminiai šaltiniai

  • Mįslingi vandenyno blyksniai šimtmečius vedė jūreivius: mokslininkai vis dar neturi atsakymo

    Mįslingi vandenyno blyksniai šimtmečius vedė jūreivius: mokslininkai vis dar neturi atsakymo

    Ramiojo vandenyno salynuose šimtmečius pasakojama apie keistą reiškinį, vadinamą te lapa: šviesos blyksnius ar švytinčias juostas, pasirodančias virš vandens arba vos po jo paviršiumi. Jūreiviai tvirtino, kad šie blyksniai tarsi „rodo“ kryptį į netoliese esančias salas, todėl galėjo tapti natūraliu orientyru naktinėse kelionėse.

    Skirtingai nei įprastas žaibas, te lapa dažnai stebimas be audrų, trumpai ir staigiai, o šviesos ruožai, liudininkų teigimu, juda horizontaliai. Šis neatitikimas ilgai kėlė abejonių, ar reiškinys apskritai gali būti susijęs su atmosferos išlydžiais.

    Kas yra te lapa?

    Viena reiškinį nuosekliai fiksavusių tyrėjų – antropologė Marianne George, 1990-aisiais dalyvavusi ekspedicijose su Taumako salos navigatoriumi Alikiu Koloko Kaveia. Ji ne kartą teigė pati mačiusi blyksnius, tačiau net ir stebint iš arti nepavyko patikimai nustatyti fizinio šaltinio.

    Anksčiau te lapa aprašė ir Naujosios Zelandijos jūrininkas bei tyrėjas Davidas Lewisas, knygos „We, the Navigators“ autorius. Jo darbai prisidėjo prie požiūrio pokyčio: polineziečių kelionės tarp salų vis dažniau laikomos ne atsitiktinumu, o sudėtingos navigacijos sistemos rezultatu, paremtu žvaigždėmis, bangomis, vėjais, paukščiais ir kitais gamtos signalais.

    Bioliuminescencija ar „povandeninis žaibas“?

    Ilgą laiką labiausiai tikėtinu paaiškinimu laikyta bioliuminescencija – šviesa, kurią skleidžia kai kurie jūrų organizmai. Vis dėlto liudininkų aprašymai ne visada atitiko gerai žinomą švytinčio planktono efektą, kai po laivo korpusu ar banguojant vandeniui lieka šviesos „pėdsakas“.

    Naują impulsą diskusijai suteikė Harvardo universiteto fizikas Johnas Huthas, laboratorijoje atlikęs bandymus su švytėti galinčiais vienaląsčiais organizmais – dinoflagelatais. Sukūrus bangavimą, panašų į judančių žuvų ar staigių slėgio pokyčių poveikį, vandenyje susidarė ilgos melsvos šviesos juostos, kurios savo forma priminė te lapa aprašymus.

    Kita hipotezių kryptis sieja reiškinį su geologiniais procesais Ramiojo vandenyno Ugnies žiede, kur aktyvūs povandeniniai ugnikalniai ir hidroterminiai šaltiniai. Pastaraisiais metais giliavandeniai tyrimų aparatai šalia hidroterminių versmių fiksavo vietinius elektrinių parametrų pokyčius, o tai paskatino svarstymus apie trumpus povandeninius išlydžius.

    Tokį aiškinimą apsunkina faktas, kad sūrus vanduo gerai laidus elektrai, todėl dideli krūviai turėtų sunkiai kauptis. Vis dėlto kai kurie modeliai daro prielaidą, kad specifinėse sąlygose izoliaciniu „barjeru“ gali tapti dujų burbuliukai, staigūs temperatūros gradientai ar mineralų prisotinti hidroterminiai pliūpsniai, leidžiantys energijai trumpam susikaupti ir staiga išsikrauti.

    Kodėl paslaptis vis dar neišspręsta?

    Tyrėjai pabrėžia, kad te lapa gali būti ne vienas mechanizmas, o kelių veiksnių sutapimas. Tarp svarstomų paaiškinimų minima ir tai, kad bangos, atsispindinčios nuo salų, rifų ar seklumų, gali sutelkti šviesą panašiai kaip lęšis, o tektoninė veikla galėtų keisti vietinius elektromagnetinius laukus.

    Kol kas nė vienos hipotezės nepavyko patvirtinti taip, kad ji vienodai gerai paaiškintų visas liudijimų detales: staigų atsiradimą, judėjimo kryptį ir ryškumą. Dėl to te lapa išlieka vienu įdomiausių pavyzdžių, kaip tradiciniai jūriniai pasakojimai kartais aplenkia mokslą, o atsakymai slypi tarp biologijos, fizikos ir geologijos.

  • Pragręžė daugiau nei kilometrą vandenyno dugno: aptiko sistemą, maitinančią Prarastą miestą

    Pragręžė daugiau nei kilometrą vandenyno dugno: aptiko sistemą, maitinančią Prarastą miestą

    Mokslininkai, vykdydami tarptautinę programą International Ocean Discovery Program, Atlanto vandenyne atliko daugiau nei kilometro gylio gręžinį ir atskleidė plačią kanalų bei plyšių sistemą. Ji, kaip rodo naujausi duomenys, jau dešimtis tūkstančių metų tiekia karštus skysčius į neįprastą hidroterminių šaltinių lauką, vadinamą Prarastu miestu.

    Gręžinys atliktas Atlanto masyve netoli Vidurio Atlanto kalnagūbrio, kur vandenyno plutoje atsidengia gilesni Žemės mantijos uolienų sluoksniai. Ekspedicija iškėlė itin ilgą nenutrūkstamą mantijos uolienų šerdį, o tai leido tiksliau įvertinti, kaip skysčiai juda giliai po vandenyno dugnu.

    Kas maitina Prarastą miestą?

    Tyrėjai nustatė, kad uolienas raižo mikroplyšiai ir kanalai, kuriais ilgą laiką cirkuliavo jūros vanduo. Patekęs gilyn, jis reaguoja su olivino turtingomis peridotitų uolienomis, o ši cheminė transformacija, vadinama serpentinizacija, išskiria šilumą ir pagamina vandenilį bei metaną.

    Vėliau šilti, chemiškai prisotinti skysčiai grįžta į jūros dugną ir formuoja šviesius karbonatinius kaminus. Skirtingai nei dauguma hidroterminių sistemų, kurias „varo“ vulkaninė šiluma ir labai karšti, metalų prisotinti tirpalai, Prarastame mieste pagrindinis energijos šaltinis yra būtent uolienų ir vandens reakcijos.

    Kuo ši vieta išskirtinė?

    Prarasto miesto skysčių temperatūra paprastai siekia apie 40–90 laipsnių Celsijaus, jie yra stipriai šarminiai ir turi daug vandenilio bei metano. Tokios sąlygos sukuria išskirtinę terpę mikroorganizmams, kurie geba naudoti cheminę energiją, o ne saulės šviesą.

    Skaičiuojama, kad ši hidroterminė sistema veikia bent 120 000 metų, todėl laikoma viena ilgiausiai nenutrūkstamai aktyvių žinomų sistemų Žemėje. Naujos uolienų ir skysčių analizės leido pirmą kartą nuosekliai atsekti, kaip skysčiai keliauja nuo gilesnių mantijos zonų iki paviršiuje matomų kaminų.

    Kodėl tai svarbu gyvybės paieškoms?

    Atradimas svarbus ne tik geologijai, bet ir astrobiologijai, nes serpentinizacijos metu susidarantys vandenilis ir paprasti anglies junginiai gali būti „kuras“ sudėtingesnėms organinėms molekulėms. Dalis mokslininkų mano, kad panašios aplinkos galėjo prisidėti prie ankstyviausių gyvybės formų atsiradimo Žemėje.

    Be to, analogiški procesai teoriškai galėtų vykti po ledine Jupiterio palydovo Europos ar Saturno palydovo Encelado pluta, kur, kaip rodo misijų duomenys, gali būti skysto vandens ir uolienų sąlytis. Todėl tokie gręžiniai ir detali chemijos analizė padeda geriau suprasti, kokių gyvybės „parašų“ reikėtų ieškoti kitur Saulės sistemoje.

  • 1977-ųjų atradimas Galapagų gelmėse: kaip hidroterminiai šaltiniai pakeitė požiūrį į gyvybę

    1977 metais JAV jūrų geologų komanda prie Galapagų rifto Ramiajame vandenyne nusileido į maždaug 2 500 metrų gylį ir aptiko tai, ko tuo metu beveik niekas nesitikėjo: klestinčią gyvybę visiškoje tamsoje. Ekspedicija buvo planuota kaip geologinė, todėl laive net nebuvo biologų.

    Tyrėjai ieškojo hidroterminės veiklos požymių, nes vandens temperatūros matavimai rodė, kad iš jūros dugno gali kilti šiltesnės srovės. Tačiau išryškinus nuotraukas, vietoje „tuščio“ dugno pasirodė didelių baltų moliuskų sankaupos ir kitos gyvybės židiniai.

    Nusileidę arčiau, mokslininkai pamatė tankius maždaug 30 centimetrų ilgio moliuskų telkinius, midijų laukus, aklų baltų krabų judėjimą tarp jų, pavienes aktinijas ir žuvis. Ypatingą įspūdį paliko aukšti balti vamzdeliai, kuriuose gyveno kirmėlės su ryškiai raudonais plunksniškais audiniais.

    Vėlesni tyrimai parodė, kad hidroterminių šaltinių vanduo buvo prisotintas sieros vandenilio. Tai tapo raktu paaiškinant, kaip tokios ekosistemos gali egzistuoti ten, kur nepasiekia saulės šviesa.

    Paaiškėjo, kad čia pagrindą maisto grandinei sudaro ne fotosintezė, o chemosintezė. Chemoautotrofinės bakterijos oksiduoja sieros vandenilį ir iš šios cheminės reakcijos gaunamą energiją naudoja organinėms medžiagoms sintetinti iš anglies dioksido ir vandens.

    Tai reiškia, kad ekosistema remiasi chemine energija, o ne šviesa, todėl gali veikti visiškoje tamsoje. Būtent šis principas ir pakeitė biologijos vadovėliuose ilgai dominavusią nuostatą, kad beveik visa sudėtinga gyvybė Žemėje galų gale priklauso nuo Saulės.

    Dar vienas lūžis įvyko tada, kai mokslininkai ėmė aiškintis, kaip iš chemosintetinių bakterijų „produkto“ maitinasi didesni gyvūnai. 1981 metais buvo aprašytas mechanizmas, paaiškinęs, kodėl kai kurie vamzdiniai kirminai išvis neturi burnos ir virškinamojo trakto.

    Buvo nustatyta, kad jų kūne yra specialus organas, vadinamas trofosoma, kuriame gyvena simbiotinės chemosintetinės bakterijos. Kirminai aprūpina bakterijas sieros vandeniliu ir deguonimi iš aplinkinio vandens, o mainais gauna bakterijų pagamintų organinių junginių.

    Vėliau panašūs simbiozės modeliai aprašyti ir kitoms hidroterminių šaltinių rūšims, įskaitant kai kuriuos moliuskus ir midijas. Tai parodė, kad chemosinteze paremti santykiai gali kurti stabilias, įvairias bendrijas, o ne būti trumpalaikė išimtis.

    Galapagų rifto atradimas laikomas vienu svarbiausių XX amžiaus pabaigos biologijos įvykių, nes įrodė, kad Žemėje egzistuoja autonomiškos ekosistemos, galinčios ilgai gyvuoti be saulės šviesos. Tai išplėtė ir mokslinį supratimą apie ribines sąlygas, kuriose gali egzistuoti gyvybė.

    Ši idėja tapo svarbi ir astrobiologijai, nes paskatino svarstyti, ar panašios chemosinteze paremtos ekosistemos galėtų egzistuoti po ledu esančiuose vandenynuose, pavyzdžiui, Jupiterio palydove Europoje ar Saturno palydove Encelade. Jei ten yra skysto vandens, energijos šaltinių ir reikalingų cheminių medžiagų, teorinis „scenarijus“ gyvybei nebėra vien tik susijęs su žvaigždės šviesa.

    Šiandien hidroterminiai šaltiniai tebėra aktyviai tiriami: mokslininkai ieško naujų rūšių, analizuoja ekstremalioms sąlygoms prisitaikiusių organizmų biologiją ir vertina, kaip tokios bendrijos veikia anglies bei sieros apytaką vandenynuose. 1977 metų radinys tapo atskaitos tašku, parodžiusiu, kad gyvybė gali būti kur kas išradingesnė, nei buvo manoma.

  • Karibų jūroje beveik 5 km gylyje aptiko 400 °C hidroterminį lauką: ten knibžda gyvybė

    Karibų jūroje, Kaimanų įduboje, mokslininkai fiksuoja vieną ekstremaliausių Žemės buveinių – hidroterminį lauką, esantį beveik 5 kilometrų gylyje. Čia iš jūros dugno veržiasi mineralais prisotinti skysčiai, kurių temperatūra siekia apie 400 laipsnių Celsijaus, tačiau, nepaisant to, vietovėje aptinkama gyvybės.

    Šis objektas žinomas kaip Beebe hidroterminis laukas ir laikomas vienu giliausių patvirtintų hidroterminių šaltinių pasaulyje. Jį užfiksuoti padėjo giliavandeniai robotai, galintys dirbti didžiuliame slėgyje, kur žmogui pasiekti praktiškai neįmanoma.

    Nors 400 laipsnių Celsijaus temperatūra skamba neįtikėtinai, tokiame gylyje vanduo neverda dėl milžiniško slėgio. Esant beveik 5 kilometrų gyliui, slėgis yra toks didelis, kad vandens virimo temperatūra smarkiai pakyla, todėl superkaršti skysčiai gali išlikti skystos būsenos.

    Hidroterminiai šaltiniai dažniausiai formuojasi ten, kur skiriasi tektoninės plokštės. Jūros vanduo prasiskverbia į plyšius, įkaista priartėjęs prie magmos ar įkaitusių uolienų, prisotėja metalų ir sieros junginių, o tuomet grįžta į dugno paviršių, sukeldamas chemiškai intensyvią, bet ekologiškai produktyvią aplinką.

    Mokslinėje literatūroje hidroterminiai šaltiniai dažniausiai skirstomi į vadinamuosius baltuosius ir juoduosius „dūmtraukius“. Baltieji paprastai būna vėsesni ir šviesesni dėl silicio dioksido bei kitų mineralų, o juodieji – karštesni ir „rūko“ tamsiai, nes skysčiuose gausu metalų sulfidų.

    Beebe lauke vyrauja būtent juodieji „dūmtraukiai“, primenantys pramoninius vamzdžius, iš kurių veržiasi tamsus mineralinis „dūmas“. Nors pati srovė prie išėjimo angos gali būti mirtinai karšta, temperatūra greitai krenta vos skysčiui susimaišius su aplinkiniu, gerokai vėsesniu jūros vandeniu.

    „Šie skysčiai yra labai karšti, bet jie labai greitai atvėsta, kai susimaišo su jūros vandeniu. Šaltinis gali būti itin karštas, tačiau pasitraukus šiek tiek į šoną temperatūra gali siekti apie 20 laipsnių Celsijaus, o tai daugeliui gyvūnų jau tinkama“, – sakė Londono Gamtos istorijos muziejaus tyrėja Maggie Georgieva.

    Šioje giliavandenėje zonoje nėra saulės šviesos, todėl įprasta fotosinteze paremta mitybos grandinė neveikia. Vis dėlto ekosistemą palaiko chemosintezė – mikroorganizmai energiją gauna ne iš šviesos, o iš cheminių reakcijų, pavyzdžiui, oksiduodami sieros vandenilį ar kitus junginius, kurių gausu hidroterminiuose skysčiuose.

    Prie Beebe šaltinių fiksuotos įvairios rūšys, galinčios gyventi tokiose sąlygose: aptikta zoarcidų šeimos žuvų, jūrų anemonų, smulkių vėžiagyvių ir kolonijų neįprastų krevečių. Pranešama, kad dalis šių krevečių turi šviesai jautrų organą, padedantį orientuotis labai silpno apšvietimo sąlygomis, kur vyrauja tik blankūs švytėjimai ir prietaisų šviesos.

    Tokie radiniai svarbūs ne tik siekiant suprasti, kaip gyvybė prisitaiko prie ekstremalių sąlygų, bet ir aiškinantis ankstyvosios gyvybės Žemėje scenarijus. Be to, hidroterminiai laukai dažnai minimi ir kaip analogai ieškant gyvybės už Žemės ribų, pavyzdžiui, po ledu slypinčiuose vandenynuose kai kuriuose Saulės sistemos palydovuose.