Lucruri incendiare în adâncuri Understand article

Tradus de Anca Tamaş. Cum se formează fosilele în fosele hidrotermale? Crispin Little descrie cum a descoperit împreună cu echipa sa răspunsul-construindu-şi propriile fosile.

Alvin în 1978, un an după
prima explorare a faliilor
hidrotermale

Pentru imagine, multumim OAR
/ National Undersea Research
Program (NURP); Woods Hole
Oceanographic Institution

Cercetările efectuate pe fundul oceanelor sunt o încercare serioasă. Este necesar un echipament special, precum submarinul Alvin , cu echipaj la bord precum şi nave oceanice costisitoare dar capabile să opereze în larg pentru mult timp. Problemele potenţiale nu sunt doar tehnice-de exemplu defecţiunile motoarelor sau încâlcirea cablurilor submarinului-dar ele se pot datora şi factorilor incontrolabili: vremea proastă poate spulbera o croazieră de cercetare bine pusă la punct.

Să lucrezi pe crestele din adâncurile oceanelor este încă şi mai dificil, pentru că acestea sunt printre cele mai active zone geologice de pe planetă. Aici, noua scoarţă oceanică se formează când lava erupe pe fundul oceanului, însoţită de puternice cutremure (vezi şi în Searle, 2009). Nu doar asta, dar crestele sunt locuri cu o activitate hidrotermală intensă, cu fluide de falie cu aciditate ridicată care ţâşnesc la 370 °C din coşurile minerale formate pe fundul oceanelor. La aceste adâncimi, presiunea mare ridică punctul de fierbere al apei destul ca apa să rămână în stare lichidă la aceste temperaturi.

Câteva din animalele
dominante găsite în zonele
din Pacificul de est: viermi
tubulari vestimentiferan,
peşti şi crabi specifici faliilor.
Apa strălucitoare din partea
de sus a imaginii este debitul
difuz din fluidul hidrotermal

Pentru imagine, multumim
Crispin Little

Acest mediu extrem a fost stabilit pentru proiectul nostru de a studia fosilizarea în faliile oceanice hidrotermale. Şi toate dificultăţile s-au confirmat atunci când am pierdut un întreg set de echipamente experimentale într-o erupţie vulcanică submarină majoră într-o fază iniţială a experimentului.

De ce suntem interesaţi de fosilizarea în faliile hidrotermale din oceane? Scopul acestui studiu a fost să înţelegem mai bine extraordinarele comunităţi de animale care trăiesc doar în faliile hidrotermale. Descoperite iniţial în 1979 în insulele Galapagos, aceste comunităţi au schimbat radical înţelegerea noastră cu privire la diversitatea vieţii în adâncul oceanului, în parte pentru că energia lor primară nu este energia solară, ci energia geochimică ce provine din rocile incandescente. Cea mai importantă componentă din fluidul din falii este hidrogenul sulfurat, şi multe animale din falii, inclusiv viermii tubulari gigantici (vestimentiferan), midii de falie şi scoici, depind pentru a se hrăni de o bacterie simbiotică care trăieste prin oxidarea acestei sulfuri.

Colectând midii şi crabi
utilizând unul din braţele
colectoare ale lui Alvin

Pentru imagine, multumim
Crispin Little

Aceasta dependenţă mai degrabă de energia geochimică decât de energia solară au ferit aceste comunităţi de falie de evenimentele majore de mediu, precum exterminările în masă şi schimbarea climatului global care afectează ecosistemele bazate pe fotosinteză. Astfel, istoria evoluţiei acestui tip de faună este probabil foarte diferită de alte biotipuri marine.

Singura dovadă directă pentru această istorie vine de la fosilele descoperite. Dar în prezent acestea sunt rare, doar 25 de exemple cunoscute pentru 550 milioane de ani, şi există întrebări fundamentale asupra motivelor. De exemplu, de ce unele depozite antice de falie conţin fosile, în timp ce altele în aceeaşi stare de conservare nu? Sunt deasemenea grupuri semnificative de animale, cum ar fi crabii şi creveţţi, care abundă în falii moderne dar care nu apar în fosilele descoperite în falii. De se întâmplă acest lucru? Este o conservare dificitară sau aceste grupuri nu au existat în falii nici în trecut?

Alvin a fost lansat de pe nava
de cercetare Atlantis

Pentru imagine, multumim Dr
Peter Auster, NOAA / OAR /
OER / Mountains in the Sea
Expedition 2003

Pentru a găsi răspunsuri am hotărât să investigăm modul în care animalele din faliile hidrotermale moderne (moluşte, crustacee, viermi tubulari- de tip vestimentiferan sau polichete) se fosilizează în falii. Am ales în acest scop o zonă din Pacificul de est, la 500 de mile marine de Mexic, unde cercetătorii studiază de decenii faliile.

În parteneriat cu colegii de la Institutul oceanografic Woods Hole şi de la Universitatea din new Hampshire, SUA, am hotărât să folosim Alvin pentru a lansa seturi special concepute cu materiale experimentale în trei micro-habitate diferite: un habitat de fluide hidrotermale cu temperaturi ridicate (de până la 370 °C), numite “fumul negru”, zone cu “debite difuze” unde fluidele fierbinţi şi apa de mare se amestecă (la 10-40 °C, în aceste zone trăiesc majoritatea animalelor) şi o zonă de control la distanţă de faliile active (la 3 °C).

Urma să recuperăm apoi aceste materiale experimentale la intervale de aproximativ un an şi să le ducem înapoi în Marea Britanie să le investigam. Dispozitivele experimentale constau din cuşti cu ochiuri de plasă din titan, în interiorul cărora am prins substanţe biologice: viermi vestimentiferan uscaţi, midii, cochilii de scoici, scoici striate, carapace de creveţi tigru.

Crispin Little înapoi pe
puntea navei de cercetare
Atlantis după prima
scufundare cu Alvin în
decembrie 2007. Baia în
apele reci ale oceanului este
tradiţională. De-a lungul
scufundării el şi colegii săi
au lansat un nou set de cuşti
de fosilizare în zona faliei;
ele au fost ulterior
recuperate un an mai târziu

Pentru imagine, multumim
Crispin Little

Am lansat primele cuşti de fosilizare în două zone în mai 2005. Din păcate toate munca noastră a rămas fără rezultat cuştile (împreună cu celelalte echipamente ştiinţifice ale grupului de cercetare) au fost distruse într-o erupţie vulcanică subacvatică în zonă mai târziu în 2005, în care s-a estimat că au erupt 22 milioane de metri cubi de lavă. Presupunem că încă mai sunt acolo cuştile noastre, doar că sunt acoperite de câţiva metri de bazalt!

Am fost nevoiţi să reluăm proiectul, să construim noi cuşti şi să negociem timpii de navă cu colegii noştri americani. Din fericire, de atunci ne-am bucurat de succes. Am lansat noi seturi de cuşti de fosilizare în doua zone de falie diferite în noiembrie 2006 şi decembrie 2007, şi le-am recuperat după 373 şi respectiv 319 zile.Rezultatele sunt extrem de interesante, şi vin în întâmpinarea multor întrebări despre fosilizarea în faliile hidrotermale. De exemplu, acum ştim că fosilizarea este extrem de dependentă de locul unde sunt localizate rămăşiţele în jurul faliei.

În experimentul nostru, fosilizarea prin creşterea mineralelor sulfurate pe materialele biologice (viermii vestimentiferan, midiile, cochiliile scoicilor) au apărut doar în zonele cu temperaturi ridicate din preajma faliilor, sau unde faliile s-au schimbat de-a lungul timpului-de exemplu, acolo unde o falie cu “debite difuze” s-a transformat într-un “fum negru” în timpul experimentului. Mineralizarea sulfuroasa nu au apărut în general în zonele cu “debite difuze”,deşi cochiliile moluştelor au suferit aici o puternică dezintegrare, şi nici în zonele de control din faliile active. Concluzia este că fosilele găsite în depozitele antice reflectă doar acea parte a comunităţilor care a trăit în zonele cu temperaturi ridicate din jurul faliilor.

Crispin Little extrăgând o
pereche de cuşti de fosilizare
din coşul de colectare a lui
Alvin (se poate vedea în
dreapta gheara lui Alvin),
recuperată de la o adâncime
de 2,5 km. După aproape un
an în fluidul cu temperaturi
ridicate din falie, cuştile au
coşuri de pirită ce cresc din
ele

Pentru imagine, multumim
Crispin Little

Am aflat că cochiliile moluştelor s-au comportat ca simple suprafeţe pentru creşterea piritei (sulfura de fier), mineralizarea apărând şi la cochilii şi la viermii tubulari. Aceasta este exact ceea ce am putea aştepta de la conservarea fosilelor de falie din depozitele antice de fosile.

Am descoperit că prejudecata aparentă cu privire la fosilizarea viermilor tubulari şi a cochiliilor moluştelor este un fenomen real şi reflectă modul în care substanţe biologice diferite rezistă dezintegrarii chimice în mediul faliilor, mediu care le expune unor presiuni ridicate datorită expunerii lor la fluidele de falie acide şi fierbinţi. Astfel, nici o carapace de creveţi nu a rămas în nici una din cele zece cuşti, inclusiv în zonele de control aflate la distanţă de faliile active. Viermii vestimentiferan, prin contrast au fost destul de rezistenţi la descompunere pentru a se fosiliza.

Alvin coboară la adâncimea
maximă de 4000 m
(adâncimea medie este de
3800 m)

Pentru imagine, multumim OAR
/ National Undersea Research
Program (NURP); Woods Hole
Oceanographic Institution

Învelişul organic al cochiliilor moluştelor, numite periostracum. Le protejează într-un anume grad de descompunere, astfel încât este probabil ca acele cochilii cu straturi organice subţiri, mai ales cele cu periostracum pot fi mineralizate. Concluzia este că unele crustacee :creveţii şi crabii au fost prezente şi în faliile antice dar pur şi simplu nu s-au conservat.

Rezultatele noastre confirmă observaţiile din zonele faliilor antice şi ne permit să interpretăm mai bine depozitele de fosile din comunităţile din falii. Din toate acestea, ştim mai multe despre modul în care a evoluat fauna faliilor, pentru că acum înţelegem cum se conservă organismele în aceste medii, inclusiv drumul rapid către fosilizare-în mai puţin de un an.

Oricum, pentru că fosilizarea în zonele faliilor se întâmplă atât de rapid, încă nu înţelegem pe deplin stadiile iniţiale ale mineralizării cochiliilor şi tuburilor prin pirită, şi experimentele viitoare trebuie să dureze mai puţin-de ordinul lunilor. Are cineva disponibili timpi de navă şi locuri în submarin?

Mulțumiri

Acest articol a fost mai întâi publicat în “Planet Earth”, o revistă gratuită despre ştiinţele naturii şi ştiinţa mediului, publicată de Natural Environment Research Council din Marea Britanie. Vezi şi Little (2009).

Pentru subscripţii la “Planet Earth”, trimiteţi e-mail la requests@nerc.ac.uk.

Download

Download this article as a PDF

References

Author(s)

Dr Crispin Little este conferenţiar şef la School of Earth and Environment în cadrul Universitatii din Leeds, Marea Britanie.


Review

Acesta este un articol superb care descrie procesul de investigare ştiinţifică în condiţii de mediu extreme ale faliilor hidrotermale. Potrivit pentru elevi cu vârste între 12 şi 18 ani, poate fi folosit în lecţii de biologie despre medii extreme, adaptare, viaţa în spaţiu sau resursele minerale. De exemplu, poate fi utilizat pentru a discuta probabilitatea vieţii pe alte planete.

Întrebări recomandate pentru verificare:

  1. Ce fel de organisme se găsesc în faliile oceanice?
  2. Cum pot supravieţui organismele la asemenea adâncimi fără lumina soarelui?
  3. Ce mănâncă aceste organisme?
  4. Ce fel de minerale s-au găsit în zona faliilor hidrotermale?

Aspectele multidisciplinare ale acestei cercetări fac acest articol extrem de util atunci când discutăm modul în care funcţionează ştiinţa.


Eric Demoncheaux, Marea Britanie




License

CC-BY-NC-ND