Потребителски вход

Запомни ме | Регистрация
Постинг
15.02 21:50 - В търсене на живот под морското дъно
Автор: zahariada Категория: Технологии   
Прочетен: 159 Коментари: 0 Гласове:
4

Последна промяна: 15.02 22:11


В търсене на живот под морското дъно

Многонационален изследователски екип, пробит в морското дъно, за да види дали химичните процеси в открити плитки мантийни скали могат да генерират хранителни вещества за поддържане на живота в подземната повърхност.

От Gretchen L. Frьh-Green и Beth N. Orcutt  10 януари 2019 г.

Карбонатните минерали образуват сложни кули в Изгубения град, подводно хидротермално поле, което представлява част от масива на Атлантида в Средноатлантическия хребет. Наскоро събраните основни проби хвърлят светлина върху процесите, формиращи Изгубения град и предоставят улики за видовете организми, нарекли това място дом. Кредит: Институт за изследване, Университет Род Айлънд, Университет във Вашингтон, Партия на загубения град 2005 и NOAA

Движенията на тектонските плочи набръчкват и разтягат земната кора, изтласквайки планинските вериги в някои региони и разпространявайки кората в други региони, докато се разделят. По средата на океанските хребети бавното разпространение при подходящи условия може да разкрие скали от долната кора и горната мантия. Морската вода, просмукваща се през пукнатини и счупвания в открити мантийни скали, окислява минералите в тези скали, отделяйки йони и химически съединения в близката морска вода.

Тези скални реакции вълнуват учените, защото могат да произвеждат хранителни вещества за подземен микробен живот в дълбините на океана, където слънчевата светлина не прониква. Условията, които тези реакции създават, могат да бъдат аналогични на условията в ранната история на Земята или на тези, които съществуват на други планети.

В края на 2015 г. Експедиция 357 на Международната програма за откриване на океана (IODP) има за цел да събира ядра от целия масив Атлантида, видна, почти 4000 метра висока подводна планина на Средноатлантическия хребет (Фигура 1). Масивът Атлантида е един от най-добре проучените комплекси на океанското ядро. Неговите открити скали, извлечени от мантия, реагират с морска вода и произвеждат алкални води, богати на метан и водород [ Karson et al., 2006; Proskurowski et al. , 2006]. По протежение на масива, където тези топли алкални води излизат през цепнатини в морското дъно, впечатляващи бели кули от карбонат се издигат на десетки метри, създавайки отличителна среда, която изследователите нарекоха „Изгубеният град“ [ Kelley et al., 2005].

Фиг. 1. Батиметрия на масива Атлантида: 3-D модел на терена с изглед на север на разломната повърхност на отряда. Стриите определят гофрираната повърхност, свързана с повреда на отделянето. Показани са също късни разклонения („Късни грешки“), местоположенията на тренировъчните площадки на IODP Expedition 357, хидротермалното поле на Lost City и UODP Site U1309. Тази карта се основава на нова многолъчева батиметрия на масив Атлантида, придобита с 50-метрова резолюция. Вмъкването показва местоположението на Атлантидския масив (AM) в пресечната точка на Средноатлантическия хребет (MAR) и разлома на Атлантидната трансформация (ATF) и зоната на счупване (AFZ).

IODP Expedition 357 има за цел да придобие по-задълбочено разбиране на взаимосвързаните магматични, тектонски и минералообразуващи процеси, водещи до излагане и изменение на мантийните скали. Експедицията изследва и видовете подземен живот, които правят домовете им в тази екстремна, алкална , лоша среда с въглероден диоксид.

На първо място, екипът ни от изследователи откриха организми в мантийни скали в основни проби, които събрахме от морското дъно под Северния Атлантически океан, както наскоро съобщиха Fruh-Green et al. [2018]. Идентифицирането на организмите в тази екосистема е незавършена работа, но тази биосфера може да бъде по-голяма и разнообразна, отколкото бяхме разбрали преди.

Скалните реакции създават екстремен хабитат за цял живот

 

Фиг. 2. Пример за магнитно проникване в напълно серпентинизиран харзбурит. (отгоре) Цветните наслагвания подчертават изменената от течността промяна при контакта между мафичните и ултрамафичните скали. (отдолу) Това изображение в истински цвят показва бели и зелени сглобки от талк (tc) и хлорит (Chl), които пресичат предишната текстура. Владетелят показва дълбочината на пробата на сърцевината в сантиметри. Възпроизведено с разрешение от Frьh-Green et al. [2017]. Кредит: ESO (Европейски консорциум за научен оператор за сондиране на океански изследвания)Образуването на бавно разпространяващите се средноокеански хребети се влияе от нередовно възникваща магматична активност и асиметрично разтягане на кората по основните разломи. В някои райони с този тип разпръскване горните слоеве на кората могат да се разделят, а долните костилни и горните мантийни скали могат да бъдат издърпани до повърхността в пролуката, като се получава куполна структура, наречена основен комплекс .

 

Морската вода може да проникне през пукнатини и счупвания в мантийни скали, изложени в основния комплекс, причинявайки окисляване и хидратиране на минерали, съдържащи желязо и магнезий, в процес, известен като серпентинизация, наречен по името на серпентиновите минерали, получени в процеса (Фигура 2). Серпентинизацията е основен процес, който драстично променя геофизичните свойства на океанската литосфера и може да произвежда алкални течности (pH 9–12) с високи концентрации на водородни, метанови и форматни йони (HCO - ), които биха могли да поддържат живота на микробите.

Много първи за океанско сондиране
Първо за океанско сондиране: Персонализираният сензорен пакет и бутилки Нискин, монтирани на бормашина RD2 на морското дъно, ни позволиха да наблюдаваме in situ образувателните флуиди и да събираме проби от вода след пробиване. Кредит: Сюзън Ланг

Използвайки бормашини за морско дъно за първи път в историята на международната програма за сондиране в океана, ние изкопахме 17 дупки в девет места. Това беше и първият път, когато свредла на морското дъно, обикновено инструмент с мек утайка, са използвани за проникване на твърди скали по морското дъно. Възстановихме до 75% (в някои ядра) плитки поредици от мантии от горните 17 метра основна сложна зона на разрушаване на ядрото - безпрецедентно ниво на възстановяване при пробиване на твърди скали [ Frьh-Green et al. , 2017, 2018]. Новост в програмата за сондиране беше набор от сензори, монтирани на бормашините на морското дъно, които измерваха разтворения метан и водород, температура, рН и потенциал за намаляване на окислението по време на операциите на въвеждане, предоставяйки информация в реално време за флуидите в мазето.

Събрахме проби от дънна вода преди и след пробиване и ги анализирахме за нивата на разтворен водород и метан, за да оценим влиянието на серпентинизацията в региона. И накрая, многолучево батиметрично проучване с висока разделителна способност предостави снимка на повърхността на разлома на отряда в горната част на масива Атлантида, оста на Средноатлантическия хребет на изток и зоната на счупване на Атлантида на юг. Проучването разкрива мащабни модели, като гофриране и ивици, неизправности в късен етап и масова загуба (Фигура 1).

Документиране на хетерогенна литосфера
Фиг. 3. Литологичните вариации в IODP Expedition 357 ядра разкриват множество фази на магматизъм и изменение по време на разнасяне на плочите и откъсване, повредили в масива Атлантида. а) Серпентинизиран и окислен дунит (скали, съдържащи главно оливин), нарязан чрез умерено потапяне на калцитни вени (Сс) и фрактури, напълнени с карбонатни утайки, получени от черупките на фораминифера (Sed). (б) Стръмно потапяне на серпентинови вени, със или без талк, рязане на серпентинизиран харзбурит (Hzb; скали, съдържащи оливин и ортопироксен). Светлосивите домейни са предишни течности, водещи до метасоматично заместване на антигорит (Ant) с талк (Tc). в) Пример за връзката между метасоматичните зони на талк-амфибол-хлоритен разкол (Tc-Amp-Chl) при контакт със серпентинизиран дунит (Dun), натрапен от долерит и преминаващ отново към талк-амфибол-хлоритен разкол. Кредит: ESO (Европейски консорциум за научен оператор за сондиране на океански изследвания)

Сърцевините, които възстановихме, запазиха разнообразни контакти между различни видове скали, деформационни характеристики и изменения на характеристиките (Фигура 3). Ядрата подчертават силно променливо разпределение на получени от магма скали с редица изменения и стилове на деформация. Ядрата показват също, че скалите в този регион имат висока степен на серпентинизация и изменение поради взаимодействие с морска вода или други течности, което показва мобилност на силициев диоксид и канализиран поток на течности в зоната на разлома на отделението .

Сравнихме грубозърнестите, богати на желязо и магнезий габрови скали, възстановени по време на тази експедиция, с подобни скали, извлечени от централния купол на Атлантическия масив по време на IODP Експедиции 304/305 [ Ildefonse et al. , 2007]. Разпределението на скалните типове между южното било и централния купол на масива отразява вариациите в разпределението на магматичната стопилка в комплекса на океанското ядро. Като цяло сравнението на възстановените типове скали, взаимосвързаните изменения и деформационни взаимоотношения и интерпретацията на новата батиметрична карта осигуряват запис на историята на този регион: ранно габрово нахлуване в плитката мантия, прогресивно инфилтриране на морска вода с многофазна серпентинизацияи мобилизация на силициев диоксид по протежение на зоната на разрушаване на отряда [ Roumйjon et al. , 2018], инжектиране на долеритни диги и скорошен базалтов вулканизъм.

В Situ Records на активни процеси

Допълнителната програма за вземане на проби от вода и данните от персонализирания пакет от сензори върху сондажите на морското дъно потвърдиха, че морската вода все още циркулира през получените от мантията скали в масива на Атлантида и тези скали все още се променят, за да образуват серпентинит. Сензорите, монтирани на бормашина, регистрират увеличение на отделянето на метан и водород, което корелира с намаляването на потенциала за намаляване на окисляването в повечето места [ Frьh-Green et al. , 2017].

 

Фиг. 4. Концентрации на водород (наномоларен, нМ) в течности, измерени по време на IODP Експедиция 357. Проби са получени преди пробиване от корабна розетка за вземане на проби за вода, оборудвана със сензор за проводимост-температура и дълбочина (CTD) и след пробиване с помощта на бутилки Нискин монтирани на бормашините на морското дъно MeBo (MARUM – Zentrum fine Marine Umweltwissenschaften „Meeresboden-Bohrgerдt“) и RD2 (Британски геоложки проучвания скална тренировка 2). Повишените концентрации на водород (до 323 пМ) и метан (до 48 пМ), произтичащи от масива на Атлантида, документират активни процеси на серпентинизация, генериращи субстрати, които могат да захранват дълбок живот на биосферата. ATF = Грешка в трансформацията на Атлантида; LC = Изгубен град; MAR = Средноатлантически хребет. Числата се отнасят до сайтове за експедиции M0068 до M0075. Променено с разрешение от Frьh-Green et al.[2017]. CC BY 4.0Това предполага, че тренировките са проникнали в хоризонти, които са освобождавали течности и летливи вещества, извлечени от серпентинизация, в сондажната течност. Открихме повишени концентрации на водород и метан в повечето водни проби, особено в местата близо до Lost City (Фигура 4). Повишените концентрации на летливи видове отразяват активни процеси на серпентинизация, протичащи в подземния край и освобождаване на водород и метан в дънната морска вода.

 

Също така проектирахме и монтирахме нови системи за пробиване на сондажи, за да позволим бъдещо вземане на проби от подземните течности и да предоставим дългосрочна информация за съставите на течностите и микробните процеси. Изследователска експедиция, ръководена от САЩ, посети тези запушени дупки през септември 2018 г. с дистанционно управлявания автомобил Джейсън (финансиран от Националната научна фондация) за по-нататъшно изследване на серпентинизацията и микробиологичните процеси, работещи в тази система.

Скални реакции, зареждащи дълбока биосфера
IODP Expedition 357 използва бормашини за морско дъно за първи път в програмата за сондиране в океана. Тук морският сондаж на британското геоложки проучване 2 (RD2) е разположен над страничния борд на RRS James Cook. Кредит: Дейв Смит

Газовете, които открихме, биха могли да поддържат биосфера на подземния етаж, захранвана от хемолитотрофни реакции; химическата промяна на скалите може да осигури хранителни вещества за живите организми. Пробирахме приблизително 15% от възстановеното ядро ​​за микробиологично изследване и чрез броя на клетките успяхме да потвърдим присъствието на живот в тази подпокривна среда, която разкри плътността на клетките от порядъка на 10-1000 клетки на кубичен сантиметър скала [ Frьh -Green et al. , 2018].

В момента оценяваме разнообразието на живота и тестваме обхвата на метаболизмите, подкрепени от реакции между течност и скала в тази биосфера на подпокривния под, като използваме различни лабораторни инкубации и анализи. Като се има предвид степента на ултрамафична среда на морското дъно и дълголетието на циркулацията на морската вода по време на серпентинизацията, биосферата, приютила ултрамафик, може да бъде по-голяма от оценката по-рано и тези проби дават първи поглед върху величината и разнообразието на тази екосистема.

Като цяло, IODP Expedition 357 се оказа успешно изпитание за използване на свредла за морско дъно за пробиване на океанска кора и предостави безпрецедентни проби от комплекса на океанското ядро ​​за изследване на аккрецията на кората, процесите на повдигане, серпентинизацията и дълбоката биосфера.


Благодарности

Тези резултати станаха възможни от ръководителите на проекти IODP Expedition 357 (Carol Cotterill и Sophie Green), екипите за сондиране на морското дъно MeBo и British Geological Survey и цялата научна партия (N. Akizawa, G. Bayrakci, J.-H. Behrmann , E. Herrero-Bervera, C. Boschi, W. Brazelton, M. Cannat, KG Dunkel, J. Escartin, M. Harris, K. Hesse, BE John, SQ Lang, MD Lilley, H.-Q. Liu, L. Mayhew, A. McCaig, B. Mйnez, S. Morgan, Y. Morono, M. Quйmйneur, AS Ratnayake, S. Roumйjon, MO Schrenk, EM Schwarzenbach, K. Twing, D. Weis, SA Whattam, M. Уилямс и Р. Джао). Фигура 1 беше подготвена следкрайп от Хавиер Ескартин, Марвин Лили оцени данните за водорода и метана, а данните за броя на клетките бяха предоставени от Юки Мороно.

Препратки

Frьh-Green, GL, et al. (2017), Масифът на Атлантида Серпентинизация и живот , Proc. Int. Програма за откриване на океана , кн. 357, вх. Ocean Discovery Program, College Station, Texas, https://doi.org/10.14379/iodp.proc.357.2017 .

Frьh-Green, GL, et al. (2018), Магматизъм, серпентинизация и живот: Прозрения чрез пробиване на масива на Атлантида (IODP Expedition 357), Lithos , 323 , 137–155, https://doi.org/10.1016/j.lithos.2018.09.012 .

Ildefonse, B., et al. (2007), Океански ядрени комплекси и нарастване на костите на бавноразпространяващите се хребети, Геология , 35 (7), 623–626, https://doi.org/10.1130/G23531A.1 .

Karson, JA, et al. (2006), зона на срязване на отряда на ядрения комплекс на Атлантида, Средноатлантически хребет, 30 ° с.ш.,  Геохим. Geophys. Geosyst. ,  7 (6), Q06016, https://doi.org/10.1029/2005GC001109 .

Kelley, DS, et al. (2005 г.), екосистема, хоствана на серпентин: хидротермалното поле на Изгубения град, Science , 307 , 1,428–1,434, https://doi.org/10.1126/science.1102556 .

Proskurowski, G., et al. (2006), Нискотемпературна летлива продукция в хидротермалното поле на Изгубения град, доказателства от водород-стабилен изотерп геотермометър, Chem. Geol. 229 (4), 331–343, https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2005.11.005 .

Roumйjon, S., et al. (2018), Алтернативни хетерогенности в перидотитите, ексхумирани на южната стена на Атлантидския масив (IODP Expedition 357), J. Petrol. 59 (7), 1,329–1,358, https://doi.org/10.1093/petrology/egy065 .

Информация за автора

Gretchen L. Frьh-Green ( frueh-green@erdw.ethz.ch ), Министерство на науките за Земята, ETH Zьrich, Швейцария; и Beth N. Orcutt, Бигелоу Лаборатория за океански науки, Изток Бутбай, Мейн

Цитиране: Frьh-Green, GL и BN Orcutt (2019), В търсене на живот под морското дъно, Eos, 100, https://doi.org/10.1029/2019EO113213 . Публикувано на 10 януари 2019 г. Текст © 2019. Авторите. CC BY 3.0
Освен ако не е посочено друго, изображенията са обект на авторски права. Всяка повторна употреба без изрично разрешение от собственика на авторските права е забранена.



Гласувай:
4
0



Спечели и ти от своя блог!
Няма коментари
Търсене

За този блог
Автор: zahariada
Категория: Политика
Прочетен: 27038650
Постинги: 15151
Коментари: 18763
Гласове: 25481
Архив
Календар
«  Април, 2020  
ПВСЧПСН
12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930