Zimny ​​wyciek - Cold seep

Siedliska morskie
Lamellibrachia luymesi1.png
Tuberowce należą do dominujących gatunków w jednym z czterech typów zbiorowisk zimnych wycieków w Zatoce Meksykańskiej.

Zimne wysięki (czasami zwany otwór na zimno ) jest obszarem dna morskiego , gdzie siarkowodór , metan i inne węglowodór bogaty w zachodzi przesiąkanie płynu, często w postaci basenu solanki . Zimno nie oznacza, że ​​temperatura przesiąkania jest niższa niż temperatura otaczającej wody morskiej. Wręcz przeciwnie, jego temperatura jest często nieco wyższa. „Zimno” odnosi się do bardzo ciepłych (przynajmniej 60 °C lub 140 °F) warunków komina hydrotermalnego . Zimne wysięki stanowią biom podtrzymujący kilka endemicznych gatunków.

Zimne wycieki z czasem rozwijają unikalną topografię , w której reakcje między metanem a wodą morską tworzą węglanowe formacje skalne i rafy . Reakcje te mogą również zależeć od aktywności bakterii. Ikaite , uwodniony węglan wapnia, może być związany z utlenianiem metanu w zimnych wyciekach.

Rodzaje

Główne artykuły: wycieki ropy naftowej § Offshore wycieki , basen solankowy , pockmark (geologia) i wulkan błotny
Kratery te oznaczają powstawanie basenów solankowych , z których sól przesączyła się przez dno morskie i inkrustowała pobliskie podłoże.

Rodzaje zimnych wycieków można rozróżnić w zależności od głębokości, jak płytkie zimne wycieki i głębokie zimne wycieki. Zimne wycieki można również szczegółowo rozróżnić w następujący sposób:

Formacja i sukcesja ekologiczna

Zimne wycieki pojawiają się nad szczelinami na dnie morskim spowodowanymi aktywnością tektoniczną . Ropa i metan „wyciekają” z tych szczelin, są rozpraszane przez osad i wynurzają się na obszarze o szerokości kilkuset metrów.

Metan ( CH
4) jest głównym składnikiem tego, co powszechnie nazywamy gazem ziemnym . Ale oprócz tego, że jest ważnym źródłem energii dla ludzi, metan stanowi również podstawę ekosystemu zimnego wycieku . Biota zimnowodna poniżej 200 m (660 stóp) zazwyczaj wykazuje znacznie większą systematyczną specjalizację i zależność od chemoautotrofii niż te z głębokości szelfu. Osady głębinowych są bardzo niejednorodne. Podtrzymują różne procesy geochemiczne i mikrobiologiczne, które znajdują odzwierciedlenie w złożonej mozaice siedlisk zamieszkałych przez mieszankę fauny specjalistycznej ( heterotroficznej i symbiontowej) i fauny tła.

Społeczności chemosyntetyczne

Mata bakteryjna składająca się z bakterii utleniających siarczki Beggiatoa spp. w wycieku na Blake Ridge , niedaleko Karoliny Południowej. Czerwone kropki to dalmierzowe wiązki laserowe.

Badania biologiczne w zimnych wyciekach i kominach hydrotermalnych koncentrowały się głównie na mikrobiologii i wybitnych makrobezkręgowcach, które rozwijają się na mikroorganizmach chemosyntetycznych . Znacznie mniej badań przeprowadzono na mniejszej frakcji bentosowej przy wielkości meiofauny (<1 mm).

Uporządkowane przesunięcie składu społeczności z jednego zestawu gatunków do drugiego nazywa się sukcesją ekologiczną :

Pierwszym typem organizmu, który korzysta z tego głębinowego źródła energii, są bakterie . Zbierając się w maty bakteryjne w zimnych wyciekach, bakterie te metabolizują metan i siarkowodór (inny gaz, który wydobywa się z wycieków) w celu uzyskania energii. Ten proces pozyskiwania energii z substancji chemicznych jest znany jako chemosynteza .

Legowisko małży na skraju basenu solankowego

Na tym początkowym etapie, gdy metan jest stosunkowo obfity, w pobliżu zimnego wycieku tworzą się również gęste pokłady małży . Składające się głównie z gatunków z rodzaju Bathymodiolus , małże te nie spożywają bezpośrednio pokarmu. Zamiast tego są odżywiane przez symbiotyczne bakterie, które również wytwarzają energię z metanu, podobnie jak ich krewniacy tworzący maty. Małże chemosyntetyczne są głównymi składnikami fauny zimnych wysięków i są reprezentowane w tym środowisku przez pięć rodzin: Solemyidae , Lucinidae , Vesicomyidae , Thyasiridae i Mytilidae .

Ta aktywność mikrobiologiczna wytwarza węglan wapnia , który osadza się na dnie morskim i tworzy warstwę skał. W okresie do kilkudziesięciu lat te formacje skalne przyciągają rurkowate siboglinidy , które osiedlają się i rosną wraz z małżami. Podobnie jak małże, tubeworms polegają na bakteriach chemosyntetycznych (w tym przypadku typu, który potrzebuje siarkowodoru zamiast metanu), aby przetrwać. Zgodnie z każdym symbiotycznym związkiem, tubożerca zapewnia również swoje bakterie, zawłaszczając siarkowodór ze środowiska. Siarczek nie tylko pochodzi z wody, ale jest również wydobywany z osadu przez rozległy system „korzeniowy”, który „krzak” rurowatych osadza się w twardym, węglanowym podłożu. Krzak tubeworm może zawierać setki pojedynczych robaków, które mogą rosnąć metr lub więcej nad osadem.

Zimne wycieki nie trwają w nieskończoność. W miarę jak szybkość przenikania gazu powoli spada, krócej żyjące, głodne metanu małże (a dokładniej ich bakteryjne symbionty głodne metanu) zaczynają wymierać. Na tym etapie tubeworms stają się organizmem dominującym w społeczności odsączającej. Dopóki w osadzie znajduje się trochę siarczków, rurki wydobywające siarczki mogą przetrwać. Szacuje się, że osobniki jednego gatunku bulwowców, Lamellibrachia luymesi, żyją w takich warunkach ponad 250 lat.

„Korzenie” rurkowatych zapewniają również dostarczanie siarkowodoru z osadu do bakterii znajdujących się wewnątrz tych rurkowatych.
Symbiotyczny tubeworm Lamellibrachia luymesi z zimnego wycieku na głębokości 550 m w Zatoce Meksykańskiej. W osadach wokół podstawy znajdują się pomarańczowe maty bakteryjne bakterii utleniających siarczki Beggiatoa spp. i puste muszle różnych małży i ślimaków, które również są pospolitymi mieszkańcami wód.
Tubeworms , miękkie koralowce i chemosyntetyczne małże w zbiorniku znajdującym się 3000 m (9800 stóp) w dół na skarpie Florydy. Węgorzyce , krab Galatheid i krewetka alvinocarid żywią się małżami uszkodzonymi podczas pobierania próbek.

Filtr bentosowy

Organizmy żyjące w zimnych wysiękach mają duży wpływ na obieg węgla i klimat. Organizmy chemosyntetyczne, w szczególności organizmy metanogenne (zużywające metan), zapobiegają przedostawaniu się metanu wydostającego się spod dna morskiego do wody powyżej. Ponieważ metan jest tak silnym gazem cieplarnianym, uwalnianie metanu może spowodować globalne ocieplenie, jak zakładano w przeszłości, gdy zbiorniki hydratów gazowych ulegały destabilizacji. Zużycie metanu przez tlenowe i beztlenowe życie dna morskiego nazywa się „filtrem bentosowym”. Pierwsza część tego filtra to bakterie beztlenowe i archeony znajdujące się pod dnem morskim, które zużywają metan poprzez beztlenowe utlenianie metanu (AOM). Jeżeli przepływ metanu przepływającego przez osad jest zbyt duży, a bakterie beztlenowe i archeony zużywają maksymalną ilość metanu, wówczas nadmiar metanu jest zużywany przez swobodnie unoszące się lub symbiotyczne bakterie tlenowe nad osadem na dnie morskim. Bakterie symbiotyczne zostały znalezione w organizmach takich jak rurki i małże żyjące w zimnych wysiękach; organizmy te dostarczają tlen bakteriom tlenowym, ponieważ bakterie dostarczają energię, którą pozyskują ze zużycia metanu.

Filtr bentosowy ogranicza przepływ metanu z dna morskiego do słupa wody powyżej

Zrozumienie, jak skuteczny jest filtr bentosowy, może pomóc przewidzieć, ile metanu wydostaje się z dna morskiego w zimnych wyciekach i dostaje się do słupa wody, a ostatecznie do atmosfery. Badania wykazały, że 50-90% metanu jest zużywane w zimnych wyciekach z matami bakteryjnymi. Obszary z małżami mają mniej niż 15% ulatniającego się metanu. Wydajność zależy od wielu czynników. Warstwa bentosowa jest bardziej wydajna przy niskim przepływie metanu, a wydajność spada wraz ze wzrostem przepływu metanu lub szybkości przepływu. Zapotrzebowanie na tlen w zimnych ekosystemach odciekowych jest znacznie wyższe niż w innych ekosystemach bentosowych, więc jeśli wody denne nie mają wystarczającej ilości tlenu, wydajność drobnoustrojów tlenowych w usuwaniu metanu jest zmniejszona. Filtr bentosowy nie może wpływać na metan, który nie przechodzi przez osad. Metan może ominąć filtr bentosowy, jeśli wypłynie na powierzchnię lub przedostanie się przez pęknięcia i szczeliny w osadzie. Organizmy te są jedynym biologicznym pochłaniaczem metanu w oceanie.

Porównanie z innymi społecznościami

Główne artykuły: Społeczności głębinowe i kominy hydrotermalne
Robaki rurkowe Lamellibrachia i małże w zimnym wycieku

Zimne wycieki i kominy hydrotermalne w głębokich oceanach to społeczności, które nie wykorzystują fotosyntezy do produkcji żywności i energii. Systemy te są w dużej mierze napędzane energią pochodzącą z chemosyntezy . Oba systemy mają wspólne cechy, takie jak obecność zredukowanych związków chemicznych ( H 2 S i węglowodorów ), miejscowe niedotlenienie lub nawet niedotlenienie , wysoka liczebność i aktywność metaboliczna populacji bakterii oraz produkcja autochtonicznego materiału organicznego przez bakterie chemoautotroficzne . Zarówno kominy hydrotermalne, jak i zimne wycieki regularnie wykazują wysoki poziom biomasy metazoa w połączeniu z niską lokalną różnorodnością. Tłumaczy się to obecnością gęstych skupisk gatunków podstawowych i zwierząt epizootycznych żyjących w tych skupiskach. Porównania na poziomie społeczności pokazują, że makrofauna wentylacyjna, sączkowa i opadu organicznego są bardzo różne pod względem składu na poziomie rodziny, chociaż mają wiele wspólnych taksonów dominujących wśród siedlisk silnie siarczkowych.

Jednak kominy hydrotermalne i zimne wycieki różnią się również pod wieloma względami. W porównaniu do bardziej stabilnych zimnych wycieków, otwory wentylacyjne charakteryzują się lokalnie wysokimi temperaturami, silnie zmiennymi temperaturami, pH, stężeniami siarczków i tlenu, często brakiem osadów, stosunkowo młodym wiekiem i często nieprzewidywalnymi warunkami, takimi jak woskowanie i zanikanie otworów wentylacyjnych płyny lub erupcje wulkanów. W przeciwieństwie do kominów hydrotermalnych, które są niestabilne i efemeryczne , zimne wycieki emitują powoli i niezawodnie. Prawdopodobnie z powodu niższych temperatur i stabilności wiele organizmów zimnych odcieków żyje znacznie dłużej niż te zamieszkujące kominy hydrotermalne.

Koniec społeczności z zimnymi wyciekami

Główny artykuł: koral głębinowy

Wreszcie, jak zimne wysięki stają się nieaktywne, tubeworms również zaczynają znikać, torując drogę dla korali na osiedlenie się na odsłoniętej teraz węglanu podłoża. Koralowce nie polegają na węglowodorach wyciekających z dna morskiego. Badania nad Lophelia pertusa sugerują, że odżywiają się one głównie powierzchnią oceanu. Chemosynteza odgrywa bardzo niewielką rolę w ich zasiedlaniu i wzroście. Podczas gdy koralowce głębinowe nie wydają się być organizmami opartymi na chemosyntezie, organizmy chemosyntetyczne, które pojawiają się przed nimi, umożliwiają istnienie koralowców. Ta hipoteza o założeniu głębinowych raf koralowych nazywana jest teorią hydrauliczną.

Dystrybucja

Zimne wycieki zostały odkryte w 1983 roku przez Charlesa Paulla i współpracowników na skarpie Florydy w Zatoce Meksykańskiej na głębokości 3200 metrów (10500 stóp). Od tego czasu wycieki odkryto w wielu innych częściach oceanów na świecie. Większość zostały pogrupowane w pięciu biogeograficznych województw: Gulf of Mexico, Atlantyku, Morza Śródziemnego, Wschodniej i Pacyfiku Zachodniego Pacyfiku, ale zimne wysięki znane są również spod półki lodu w Antarktyce , na Oceanie Arktycznym , Morzu Północnym , cieśninie Skagerrak , Kattegat , Zatoki Kalifornia , Morze Czerwone , Ocean Indyjski , południowa Australia i śródlądowe Morze Kaspijskie . Wraz z niedawnym odkryciem wycieku metanu w Oceanie Południowym , zimne wycieki są obecnie znane we wszystkich głównych oceanach. Zimne wycieki są powszechne wzdłuż brzegów kontynentów w obszarach o wysokiej produktywności pierwotnej i aktywności tektonicznej, gdzie deformacja skorupy ziemskiej i zagęszczenie powodują emisje płynu bogatego w metan. Zimne wycieki są rozproszone i występują najczęściej w pobliżu obrzeży oceanów, od głębokości międzypływowych do hadalnych . W Chile zimne wycieki są znane ze strefy pływów, w Kattegat wycieki metanu są znane jako „bulgoczące rafy” i zwykle znajdują się na głębokości 0-30 m (0-100 stóp), a poza północną Kalifornią można je znaleźć jako płytkie jako 35-55 m (115-180 stóp). Większość zimnych wycieków znajduje się znacznie głębiej, daleko poza zasięgiem zwykłego nurkowania , a najgłębsza znana społeczność wycieków znajduje się w rowie japońskim na głębokości 7326 m (24 035 stóp).

Oprócz istniejących obecnie zimnych wycieków, w kilku częściach świata znaleziono skamieniałe pozostałości starożytnych systemów wycieków. Niektóre z nich znajdują się daleko w głąb lądu, w miejscach, które wcześniej pokrywały prehistoryczne oceany .

W Zatoce Meksykańskiej

Załogowy podwodny DSV Alvin , który umożliwił odkrycie społeczności chemosyntetycznych w Zatoce Meksykańskiej w 1983 roku.

Odkrycia

Zbiorowiska chemosyntetyczne w Zatoce Meksykańskiej były intensywnie badane od lat 90. XX wieku, a zbiorowiska odkryte po raz pierwszy na górnym zboczu są prawdopodobnie najlepiej poznanymi zbiorowiskami odciekowymi na świecie. Historia odkrycia tych niezwykłych zwierząt trwa od lat 80. XX wieku. Każde większe odkrycie było nieoczekiwane – od pierwszych zespołów kominów hydrotermalnych na całym świecie po pierwsze skupiska zimnego przesączu w Zatoce Meksykańskiej.

Społeczności zostały odkryte we wschodniej części Zatoki Meksykańskiej w 1983 roku przy użyciu załogowego podwodnego DSV Alvin , podczas rejsu badającego dno Skarpy Florydy w obszarach „zimnych” wycieków solanki, gdzie nieoczekiwanie odkryli tubylce i małże (Paull et al., 1984). Dwie grupy przypadkowo jednocześnie odkryły chemosyntetyczne społeczności w Centralnej Zatoce Meksykańskiej w listopadzie 1984 roku. Podczas badań prowadzonych przez Texas A&M University w celu określenia wpływu przesiąkania ropy na ekologię bentosu (do tej pory zakładano, że wszystkie skutki przesiąkania ropy są szkodliwe), Włoki denne niespodziewanie odzyskały rozległe kolekcje organizmów chemosyntetycznych, w tym rurkowate i małże (Kennicutt i wsp., 1985). W tym samym czasie LGL Ecological Research Associates prowadziło rejs badawczy w ramach wieloletniego badania MMS Northern Gulf of Mexico Continental Slope Study (Gallaway i in., 1988). Fotografia dna (przetworzona na pokładzie statku) dała wyraźne obrazy społeczności chemosyntetycznych małży pęcherzykowatych przypadkowo w taki sam sposób, jak pierwsze odkrycie za pomocą sań fotograficznych na Pacyfiku w 1977 roku. Fotografia podczas tego samego rejsu LGL/MMS również udokumentowała społeczności rurkowatych po raz pierwszy in situ w Centralnej Zatoce Meksykańskiej (przetworzone dopiero po rejsie; Boland, 1986) przed wstępnymi badaniami podwodnymi i opisami z pierwszej ręki Bush Hill ( 27°47′02″N 91°30′31″ W / 27,78389°N 91,50861°W / 27,78389; -91,50861 ( Wzgórze Krzaków ) ) w 1986 (Rosman i in., 1987a; MacDonald i in., 1989b). Miejsce to było nakierowane na akustyczne strefy „zamykania” lub brak struktury podłoża, spowodowane sączącymi się węglowodorami. Zostało to określone za pomocą akustycznego systemu pingera podczas tego samego rejsu na pokładzie R/V Edwin Link (stary, tylko 113 stóp (34 m)), który używał jednego z łodzi podwodnych Johnson Sea Link . Stanowisko charakteryzuje się gęstym nagromadzeniem bulw i małży, a także odsłoniętymi wychodniami węglanowymi z licznymi koloniami koralowców gorgonia i Lophelia . Bush Hill stało się jednym z najdokładniej przebadanych stanowisk chemosyntetycznych na świecie.

Dystrybucja

Zbiorowiska chemosyntetyczne w północnej części Zatoki Meksykańskiej wokół zimnych wycieków znanych od 2000 r.

Istnieje wyraźny związek między znanymi odkryciami węglowodorów na dużych głębokościach w zboczach Zatoki Perskiej a zbiorowiskami chemosyntetycznymi, przesiąkaniem węglowodorów i autigenicznymi minerałami, w tym węglanami na dnie morza (Sassen i in., 1993a i b). Podczas gdy zbiorniki węglowodorów są rozległymi obszarami znajdującymi się kilka kilometrów poniżej Zatoki, zbiorowiska chemosyntetyczne występują w odizolowanych obszarach z cienkimi warstwami osadów o grubości zaledwie kilku metrów.

Północne zbocze Zatoki Meksykańskiej obejmuje sekcję stratygraficzną o grubości ponad 10 km (6 mil) i zostało głęboko pod wpływem ruchu soli. Mezozoiczne skały macierzyste od górnej jury do górnej kredy generują ropę na większości pól na zboczach Zatoki Perskiej (Sassen i in., 1993a i b). Przewody migracji dostarczają świeże materiały węglowodorowe w pionowej skali 6-8 km (4-5 mil) w kierunku powierzchni. Przejawy powierzchniowe migracji węglowodorów są określane jako wycieki. Dowody geologiczne wskazują, że wycieki węglowodorów i solanki utrzymują się na odrębnych przestrzennie obszarach przez tysiące lat.

Skala czasowa migracji ropy naftowej i gazu (kombinacja wyporu i ciśnienia) z systemów źródłowych wynosi miliony lat (Sassen, 1997). Przesiąkanie ze źródeł węglowodorów przez uskoki w kierunku powierzchni ma tendencję do rozpraszania się przez leżące nad nimi osady, wychodnie węglanów i osady hydratów, więc odpowiednie zbiorowiska wycieków węglowodorów mają tendencję do bycia większymi (kilkaset metrów szerokości) niż zbiorowiska chemosyntetyczne znalezione wokół kominów hydrotermalnych wschodnim Pacyfiku (MacDonald, 1992). Występują duże różnice w stężeniach węglowodorów w miejscach odcieku. Roberts (2001) przedstawił spektrum reakcji, jakich można się spodziewać w różnych warunkach szybkości przepływu, od bardzo powolnego przesiąkania do szybkiego odpowietrzania. Bardzo powolne miejsca przesączania nie obsługują złożonych społeczności chemosyntetycznych; raczej zwykle obsługują tylko proste maty mikrobiologiczne ( Beggiatoa sp.).

W środowisku górnego zbocza, twarde podłoża powstałe w wyniku wytrącania się węglanów mogą być powiązane ze społecznościami zwierząt niechemosyntetycznych, w tym różnych siedzących parzydełkowatych, takich jak koralowce i ukwiały . Na końcu spektrum o szybkim przepływie, osad fluidalny zazwyczaj towarzyszy węglowodorom i płynom z formacji docierającym do dna morskiego. Powstają wulkany błotne i spływy błotne . Gdzieś pomiędzy tymi dwoma elementami końcowymi istnieją warunki, które obsługa gęsto zaludnionych i różne zespoły organizmów chemosyntetycznej (maty przeciwbakteryjnych siboglinid robaki rur, bathymodioline omułki lucinid i vesycomyid małże i powiązane organizmów). Obszary te są często związane z powierzchniowymi lub przypowierzchniowymi osadami hydratów gazu . Znajdują się tam również zlokalizowane obszary zlityfikowanego dna morskiego, na ogół autigeniczne węglany, ale czasami występują bardziej egzotyczne minerały, takie jak baryt .

Zbiorowiska chemosyntetyczne w północnej części Zatoki Meksykańskiej wokół zimnych wycieków znanych w 2006 r. obejmują ponad 50 zbiorowisk

Rozpowszechnienie społeczności chemosyntetycznych Zatoki Meksykańskiej zostało po raz pierwszy udokumentowane podczas badań zleconych przez Geological and Environmental Research Group (GERG) z Texas A&M University dla Komitetu Operatorów Przybrzeżnych (Brooks i in., 1986). Ankieta ta pozostaje najbardziej rozpowszechniona i wyczerpująca, chociaż od tego czasu udokumentowano wiele dodatkowych społeczności. Przemysł poszukujący rezerw energii w Zatoce Meksykańskiej udokumentował również liczne nowe społeczności na różnych głębokościach, w tym najgłębsze znane zjawisko w Centralnej Zatoce Meksykańskiej w bloku 818 w kanionie Alaminos na głębokości 2750 m (9022 stóp). Występowanie organizmów chemosyntetycznych zależnych od przesiąkania węglowodorów zostało udokumentowane na głębokościach do 290 m (951 stóp) (Roberts i in., 1990) i tak głębokich jak 2744 m (9003 stóp). Ten zakres głębokości w szczególności umieszcza chemosyntetyczne społeczności w głębokowodnym regionie Zatoki Meksykańskiej, który jest definiowany jako głębokość wody większa niż 305 m (1000 stóp).

Zbiorowiska chemosyntetyczne nie występują na szelfie kontynentalnym, chociaż w zapisie kopalnym pojawiają się w wodach płytszych niż 200 m (656 stóp). Jedna z teorii wyjaśniających to jest taka, że presja drapieżników zmieniała się znacznie na przestrzeni czasu (Callender i Powell 1999). Obecnie wiadomo, że w 43 blokach Zewnętrznego Szelfu Kontynentalnego (OCS) istnieje ponad 50 społeczności . Chociaż nie przeprowadzono systematycznych badań w celu zidentyfikowania wszystkich społeczności chemosyntetycznych w Zatoce Meksykańskiej, istnieją dowody wskazujące na to, że może istnieć znacznie więcej takich społeczności. Ograniczenia głębokości odkryć prawdopodobnie odzwierciedlają granice eksploracji (brak łodzi podwodnych zdolnych do głębokości ponad 1000 m (3281 stóp)).

MacDonald i in. (1993 i 1996) przeanalizowali obrazy z kosmosu z teledetekcji, które ujawniają obecność plam ropy w północno-środkowej części Zatoki Meksykańskiej. Wyniki potwierdziły rozległe naturalne wycieki ropy naftowej w Zatoce Meksykańskiej, zwłaszcza w wodach o głębokości większej niż 1000 m (3281 stóp). W sumie udokumentowano 58 dodatkowych potencjalnych lokalizacji, w których źródła z dna morskiego były zdolne do wytwarzania wieloletnich plam ropy (MacDonald i in., 1996). Szacunkowy współczynnik przenikania wahał się od 4 bbl/d (0,64 m 3 /d) do 70 bbl/d (11 m 3 /d) w porównaniu do mniej niż 0,1 bbl/d (0,016 m 3 /d) dla zrzutów statków (oba znormalizowane dla 1000 mil 2 (640 000 AC)). Dowody te znacznie zwiększają obszar, na którym można spodziewać się zbiorowisk chemosyntetycznych zależnych od przesiąkania węglowodorów.

Najgęstsze skupiska organizmów chemosyntetycznych znaleziono na głębokościach wody około 500 m (1640 stóp) i głębszych. Najbardziej znana z tych społeczności została nazwana Bush Hill przez badaczy, którzy jako pierwsi ją opisali (MacDonald i in., 1989b). Jest to zaskakująco duże i gęste skupisko chemosyntetycznych robaków rurkowych i małży w miejscu wycieku ropy naftowej i gazu przez wysadę solną w Green Canyon Block 185. Miejsce przesączania to mały pagórek wznoszący się około 40 m (131 stóp) nad otaczające dno morskie na głębokości około 580 m (1903 stóp).

Stabilność

Według Sassena (1997) rola hydratów w środowiskach chemosyntetycznych jest bardzo niedoceniana. Biologiczne zmiany zamrożonych hydratów gazu zostały po raz pierwszy odkryte podczas badania MMS zatytułowanego „Stabilność i zmiana w społecznościach chemiosyntetycznych Zatoki Meksykańskiej”. Postawiono hipotezę (MacDonald, 1998b), że dynamika przemian hydratów może odgrywać główną rolę jako mechanizm regulacji uwalniania gazów węglowodorowych w celu napędzania procesów biogeochemicznych, a także może odgrywać istotną rolę w stabilności społeczności. Uważa się, że zarejestrowane wahania temperatury wód dennych o kilka stopni w niektórych obszarach, takich jak Bush Hill (4–5°C na głębokości 500 m (1640 stóp)) powodują dysocjację hydratów, co powoduje wzrost ilości gazu topniki (MacDonald i wsp., 1994). Chociaż nie tak destrukcyjny jak wulkanizm w miejscach wylotowych grzbietów śródoceanicznych , dynamika tworzenia i przemieszczania się płytkich hydratów wyraźnie wpłynie na zwierzęta bezszypułkowe, które stanowią część bariery przesiąkającej. Istnieje możliwość katastrofalnego zdarzenia, w którym cała warstwa płytkiego hydratu może oderwać się od dna i znacząco wpłynąć na lokalne społeczności fauny chemosyntetycznej. Na głębszych głębokościach (>1000 m, >3281 stóp) temperatura dna jest niższa (o około 3 °C) i podlega mniejszym wahaniom. Powstawanie bardziej stabilnych i prawdopodobnie głębszych hydratów wpływa na dopływ lekkich gazów węglowodorowych do powierzchni osadu, wpływając tym samym na morfologię powierzchni i charakterystykę zbiorowisk chemosyntetycznych. W złożonych społecznościach, takich jak Bush Hill, ropa naftowa wydaje się mniej ważna niż wcześniej sądzono (MacDonald, 1998b).

Poprzez badania tafonomiczne (zespoły śmierci muszli) i interpretację składu zespołu wycieków z rdzeni, Powell et al. (1998) donoszą, że ogólnie rzecz biorąc, zbiorowiska odciekowe trwały przez okresy 500–1000 lat i prawdopodobnie przez cały plejstocen (<- wątpliwe. Holocen ?). Niektóre stanowiska zachowały optymalne siedliska w geologicznej skali czasu . Powell przedstawił dowody na istnienie zbiorowisk małży i małży w tych samych miejscach przez 500-4000 lat. Powell stwierdził również, że zarówno skład gatunkowy, jak i troficzny poziom zbiorowisk wycieków węglowodorowych wydają się być dość stałe w czasie, z czasowymi zmianami jedynie pod względem liczebności. Znalazł kilka przypadków, w których typ społeczności zmienił się (na przykład z omułków na małże) lub całkowicie zniknął. Nie zaobserwowano sukcesji faunalnej . Co zaskakujące, gdy wyzdrowienie nastąpiło po przeszłym zdarzeniu niszczącym, te same gatunki chemosyntetyczne ponownie zajęły miejsce. Niewiele było dowodów na katastrofalne pochówki, ale dwa przypadki znaleziono w zbiorowiskach omułków w bloku 234 w Green Canyon. Najbardziej godną uwagi obserwacją zgłoszoną przez Powella (1995) była wyjątkowość każdego miejsca chemosyntezy.

Wytrącanie się autigenicznych węglanów i innych zjawisk geologicznych niewątpliwie zmieni wzorce przesączania powierzchniowego na przestrzeni wielu lat, chociaż poprzez bezpośrednią obserwację nie zaobserwowano żadnych zmian w rozmieszczeniu lub składzie fauny chemosyntetycznej na siedmiu oddzielnych stanowiskach badawczych (MacDonald et al., 1995). Nieco dłuższy okres (19 lat) można przytoczyć w przypadku Bush Hill, pierwszej społeczności Centralnej Zatoki Meksykańskiej opisanej in situ w 1986 roku. Nie zaobserwowano masowego wymierania ani dużych zmian w składzie fauny (przy czym z wyjątkiem zbiorów do celów naukowych) w ciągu 19-letniej historii badań w tym miejscu.

Wszystkie zbiorowiska chemosyntetyczne znajdują się na głębokościach wodnych poza wpływem silnych sztormów, w tym huraganów, i nie doszłoby do zmian w tych zbiorowiskach spowodowanych sztormami powierzchniowymi, w tym huraganami .

Biologia

Gatunek omułka Bathymodiolus childressi jest gatunkiem dominującym w zbiorowiskach zimnego wycieku w Zatoce Meksykańskiej.

MacDonald i in. (1990) opisał cztery ogólne typy społeczności. Są społeczności dominuje Vestimentiferan robaków rur ( lamellibrachia CF barhami i Escarpia spp.), Mytilid małży (Seep Mytilid la, Ib, i III i inni), vesicomyid małży ( Vesicomya cordata i Calyptogena ponderosa ) i infaunal lucinid lub thyasirid małże ( Lucinoma sp. lub Thyasira sp.). Maty bakteryjne są obecne we wszystkich odwiedzonych dotychczas obiektach. Te grupy fauny mają tendencję do wykazywania charakterystycznych cech pod względem sposobu agregacji, wielkości skupisk, właściwości geologicznych i chemicznych siedlisk, w których występują, oraz, do pewnego stopnia, występującej wraz z nimi fauny heterotroficznej. Wiele gatunków znalezionych w tych zimnych osadach w Zatoce Meksykańskiej jest nowych dla nauki i pozostaje nieopisanych .

Poszczególne rurkowate lamelibranchid , dłuższy z dwóch taksonów znajdowanych w wyciekach, mogą osiągać długość 3 m (10 stóp) i żyć setki lat (Fisher et al., 1997; Bergquist et al., 2000). Tempo wzrostu określone dla odzyskanych, oznaczonych rurkowatych robaków było zmienne, od braku wzrostu 13 osobników mierzonego w ciągu jednego roku do maksymalnego wzrostu 9,6 cm/rok (3,8 cala/rok) u osobnika Lamellibrachia (MacDonald, 2002). Średnie tempo wzrostu wyniosło 2,19 cm/rok (0,86 cala /rok) dla gatunków podobnych do Escarpia i 2,92 cm/rok (1,15 cala/rok) dla lamellibrachidów. Są to wolniejsze tempo wzrostu niż u ich krewnych z kominami hydrotermalnymi , ale osobniki Lamellibrachia mogą osiągnąć długość 2-3 razy większą niż największe znane gatunki z kominami hydrotermalnymi. Osoby należące do Lamellibrachia sp. z o.o. ponad 3 m (10 stóp) zostały zebrane kilkakrotnie, reprezentując prawdopodobny wiek powyżej 400 lat (Fisher, 1995). Tarło rurkowate Vestimentiferan nie jest sezonowe, a rekrutacja ma charakter epizodyczny.

Tubeworms są męskie lub żeńskie. Jedno z ostatnich odkrycia wskazuje, że wydaje się , że tarło samicy Lamellibrachia wytworzyło unikalne powiązanie z dużym małżem Acesta bullisi , który żyje na stałe związany z przednim otworem rurki rurkowatej i żywi się okresowym uwalnianiem jajeczek (Järnegren et al., 2005). Ten bliski związek między małżami a rurkożercami został odkryty w 1984 (Boland, 1986), ale nie został w pełni wyjaśniony. Praktycznie wszystkie dojrzałe osobniki Acesta znajdują się na żeńskich, a nie męskich tubewormach. Ten dowód i inne eksperymenty Järnegrena i in. (2005) wydaje się, że rozwiązali tę zagadkę.

Odnotowano tempo wzrostu małży metanotroficznych w miejscach zimnego odcieku (Fisher, 1995). Stwierdzono, że ogólne tempo wzrostu było stosunkowo wysokie. Tempo wzrostu dorosłych małży było podobne do małży ze środowiska przybrzeżnego w podobnych temperaturach. Fisher odkrył również, że młode małże w wyciekach węglowodorów początkowo szybko rosną, ale tempo wzrostu znacznie spada u dorosłych; bardzo szybko dorastają do rozmiarów rozrodczych. Zarówno jednostki, jak i społeczności wydają się być bardzo długowieczne. Te zależne od metanu małże mają ścisłe wymagania chemiczne, które wiążą je z obszarami najbardziej aktywnego przesiąkania w Zatoce Meksykańskiej. W wyniku ich szybkiego tempa wzrostu, ponowna kolonizacja zaburzonego miejsca wycieku może nastąpić stosunkowo szybko. Istnieją pewne dowody na to, że małże również wymagają twardego podłoża i ich liczebność może wzrosnąć, jeśli odpowiednie podłoże zostanie zwiększone na dnie morskim (Fisher, 1995). Dwa powiązane gatunki są zawsze związane z pokładami małży – ślimak Bathynerita naticoidea i mała krewetka Alvinocarid – co sugeruje, że te endemiczne gatunki mają doskonałe zdolności do rozprzestrzeniania się i mogą tolerować szeroki zakres warunków (MacDonald, 2002).

W przeciwieństwie do złóż małży, chemosyntetyczne złoża małży mogą utrzymywać się jako wizualne zjawisko powierzchniowe przez dłuższy czas bez udziału nowych żywych osobników ze względu na niskie szybkości rozpuszczania i niskie szybkości sedymentacji. Większość złóż małży badanych przez Powella (1995) była nieaktywna. Rzadko spotykano żywe osobniki. Powell poinformował, że w ciągu 50 lat lokalne wymieranie i ponowna kolonizacja powinny następować stopniowo i niezwykle rzadko. W przeciwieństwie do tych nieaktywnych złóż, pierwsza społeczność odkryta w Centralnej Zatoce Meksykańskiej składała się z licznych aktywnie orających małży. Uzyskane obrazy tego zbiorowiska zostały wykorzystane do opracowania stosunków długości/częstotliwości i żywych/martwych, a także wzorców przestrzennych (Rosman i in., 1987a).

Rozległe maty bakteryjne wolno żyjących bakterii są również widoczne we wszystkich miejscach wycieku węglowodorów. Bakterie te mogą konkurować z główną fauną o źródła energii siarczkowej i metanowej , a także mogą znacząco przyczynić się do ogólnej produkcji (MacDonald, 1998b). Białe, niepigmentowane maty okazały się autotroficzną bakterią siarkową z gatunku Beggiatoa , a pomarańczowe maty miały niezidentyfikowany metabolizm niechemosyntetyczny (MacDonald, 1998b).

Gatunki heterotroficzne w miejscach odsączenia są mieszaniną gatunków unikalnych dla odcieków (szczególnie mięczaków i bezkręgowców skorupiaków ) oraz tych, które są normalnym składnikiem otaczającego środowiska. Carney (1993) po raz pierwszy doniósł o potencjalnym braku równowagi, który może wystąpić w wyniku chronicznego zakłócenia. Ze względu na sporadyczne wzorce rekrutacji drapieżniki mogą zyskać przewagę, prowadząc do eksterminacji w lokalnych populacjach omułków. Oczywiste jest, że systemy ściekowe wchodzą w interakcje z fauną tła, ale pozostają sprzeczne dowody na to, w jakim stopniu występuje bezpośrednie drapieżnictwo na niektórych specyficznych elementach społeczności, takich jak rurkoczuby (MacDonald, 2002). Bardziej zaskakujące wyniki tej ostatniej pracy to fakt, że gatunki tła nie wykorzystują produkcji ściekowej w większym stopniu, niż wydaje się to oczywiste. W rzeczywistości konsumenci związani z wyciekami, tacy jak kraby galatheid i ślimaki nerytowe, mieli sygnatury izotopowe, co wskazuje, że ich dieta była mieszanką wycieków i produkcji tła. W niektórych miejscach endemiczne bezkręgowce odciekowe, od których oczekiwano, że otrzymają dużo, jeśli nie całą swoją dietę z produkcji odcieków, faktycznie zużyły nawet 50% swojej diety z tła.

Na Oceanie Atlantyckim

Mapa zimnych wycieków w pasie równikowym Atlantyku.
BR – Blake Ridge diapir
BT – wykop Barbados
OR – sektory Orenoque
EP – sektor El Pilar
NIG – nigeryjski stok
GUI – obszar Guiness
REG – pockmark Regab.

Zbiorowiska spływające z zimna w zachodniej części Oceanu Atlantyckiego zostały również opisane z kilku nurkowań na wulkanach błotnych i diapirach o głębokości od 1000 do 5000 m (3300-16400 stóp) w obszarze pryzmatu akrecyjnego Barbadosu oraz z diapiry Blake Ridge u wybrzeży Karoliny Północnej . Niedawno na wschodnim Atlantyku odkryto zbiorowiska ściekowe na olbrzymim skupisku ospy w Zatoce Gwinejskiej w pobliżu głębokiego kanału Kongo , a także na innych ospach na obrzeżach Konga, Gabonu i Nigerii oraz w Zatoce Kadyksu .

Występowanie chemosymbiotic fauny i flory w rozległych pól błoto wulkan Zatoki Kadyksu została po raz pierwszy opisana w 2003 roku chemosymbiotic małże zebrane z wulkanów błotnych Zatoki Kadyksu zostały zweryfikowane w 2011 roku.

Zimne wycieki znane są również z północnego Atlantyku, a nawet z Oceanu Arktycznego, poza Kanadą i Norwegią .

Rozległe próbki fauny przeprowadzono z 400 i 3300 m (1300-10800 stóp) w pasie równikowym Atlantyku od Zatoki Meksykańskiej do Zatoki Gwinejskiej, w tym pryzmat akrecyjny Barbados, diapir Blake Ridge i na wschodnim Atlantyku z Konga i marginesy Gabonu oraz niedawno zbadany margines Nigerii podczas projektu Census of Marine Life ChEss . Spośród 72 taksonów zidentyfikowanych na poziomie gatunku, łącznie 9 gatunków lub kompleksów gatunków zidentyfikowano jako amfiatlantyckie.

Strukturę społeczności megafauny przesączającej się przez pas równikowy Atlantyku ma wpływ głównie na głębokość, a nie na odległość geograficzną. Najbardziej rozpowszechnione na Atlantyku są małże Bathymodiolinae (w obrębie Mytilidae ) lub zespoły gatunków. W Bathymodiolus bumerang kompleks znajduje się w miejscu skarpy Florydzie, diapir Blake Ridge, pryzmat Barbados i Regab miejscem Kongo. Kompleks Bathymodiolus childressi jest również szeroko rozpowszechniony wzdłuż atlantyckiego pasa równikowego od Zatoki Meksykańskiej po brzegi nigeryjskie, chociaż nie na obszarach Regab lub Blake ridge. Komensalicznej polynoid , Branchipolynoe seepensis znany jest od Zatoki Meksykańskiej, Zatoki Gwinejskiej i Barbados. Inne gatunki o rozmieszczeniu rozciągającym się od wschodniego do zachodniego Atlantyku to: ślimak Cordesia provannoides , krewetka Alvinocaris muricola , galatheids Munidopsis geyeri i Munidopsis livida oraz prawdopodobnie holothura Chiridota heheva .

W amazońskim wentylatorze głębinowym znaleziono również zimne wycieki . Wysokiej rozdzielczości profile sejsmiczne pobliżu dowodzą krawędzi półki z załamań blisko powierzchni i uskoki 20-50 m (66-164 ft), w górotworze i stężeniach (około 500 m 2 lub 5400 sq ft) metanu. W kilku badaniach (np Amazon Półka Study- AMASEDS , LEPLAC , REMAC , GLORIA, Ocean Drilling Program ) wskazują, że istnieją dowody na wycieków gazu na stoku wyłączenia wentylatora Amazon na podstawie częstości występowania oddolnych symulowania odbicia (BSRs), błoto wulkany, ślady po ospie, gaz w osadach i głębsze występowanie węglowodorów. W tym regionie zmapowano występowanie metanu na stosunkowo płytkich głębokościach i rozległych obszarach hydratów gazu. Odnotowano również kominy gazowe , a w studniach poszukiwawczych odkryto nagromadzenie gazu i ślady po dziurach wzdłuż płaszczyzn uskoków. Dogłębne geologiczne i geofizyczne zrozumienie basenu Foz do Amazonas jest już dostępne i wykorzystywane przez firmy energetyczne.

Należy zbadać nowe obszary, takie jak potencjalne miejsca wycieku przy wschodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych i wachlarz Laurentian, gdzie znane są zbiorowiska chemosyntetyczne głębiej niż 3500 m (11500 stóp) oraz płytsze miejsca w Zatoce Gwinejskiej. przyszły.

Na Morzu Śródziemnym

Pierwszym dowodem biologiczny w warunkach zredukowanych Morza Śródziemnego była obecność Lucinidae i Vesicomyidae małży powłok proszkowych na górze Napoli wulkanu błotnego ( 33 ° 43'52 "n 24 ° 40'52" E / 33,73111°N 24,68111°E / 33.73111; 24.68111 ( Wulkan błotny Napoli ) „; Napoli” jest tylko nazwę z Seamount. To lokalizuje na południe od Krety), położony na głębokości 1.900 m na śródziemnomorską Ridge w strefie subdukcji na płycie afrykańskiej . Następnie opisano nowy gatunek małży z rodziny Lucinidae , Lucinoma kazani , powiązany z endosymbiontami bakteryjnymi . W południowo-wschodniej części Morza Śródziemnego znaleziono również zbiorowiska wieloszczetów i małży związanych z zimnymi wysiękami i węglanami w pobliżu Egiptu i Strefy Gazy na głębokościach 500–800 m, ale nie zebrano żadnej żywej fauny. Pierwsze obserwacje in situ rozległych, żyjących społeczności chemosyntetyków we wschodniej części Morza Śródziemnego skłoniły do ​​współpracy biologów, geochemików i geologów. Podczas nurkowań podwodnych , społeczności składające się z dużych pól małych małży (żywych i martwych), dużych rurek siboglinid , izolowanych lub tworzących gęste skupiska, dużych gąbek i związanej z nimi endemicznej fauny zaobserwowano w różnych siedliskach zimnych wycieków związanych ze skorupami węglanowymi na 1700–2000 m głębokość. Najpierw zbadano dwa pola wulkanów błotnych, jedno wzdłuż Grzbietu Śródziemnomorskiego, gdzie większość z nich była częściowo (wulkany błotne Neapolu, Mediolanu) lub całkowicie (wulkany błotne Urania, Maidstone) dotknięta solankami , a druga na kopcach Anaksymandra na południe od Turcji . Ten ostatni obszar obejmuje duży wulkan błotny w Amsterdamie , który jest dotknięty niedawnymi wylewami błotnymi , oraz mniejsze wulkany błotne Kazań lub Kula. Próbki hydratów gazu pobrano z wulkanów błotnych w Amsterdamie i Kazaniu, a nad dnem morskim zarejestrowano wysoki poziom metanu. Kilka prowincji głębinowych Nilu zostało ostatnio zbadanych. Należą do nich bardzo aktywne wycieki solanki zwane kalderą Menes we wschodniej prowincji między 2500 m a 3000 m, ospy w środkowej części na środkowych i niższych zboczach oraz wulkany błotne we wschodniej prowincji, a także jeden w centralny górny stok ( obszar North Alex ) na głębokości 500 m.

Podczas tych pierwszych nurkowań eksploracyjnych pobrano i zidentyfikowano taksony symbiontujące, które są podobne do tych obserwowanych na polach błotnych Olimpi i Anaksymander. To podobieństwo nie jest zaskakujące, ponieważ większość tych taksonów została pierwotnie opisana z pogłębiania w wachlarzu Nilu. Te bogate w metan i siarczki środowiska skolonizowało do pięciu gatunków małży, będących nosicielami symbiontów bakteryjnych. W 2010 r. opisano nowy gatunek Siboglinidae polychaete, Lamellibrachia anaximandri , tubylec zasiedlający zimne wycieki z grzbietu śródziemnomorskiego do wachlarza głębinowego Nilu. Co więcej, badanie symbioz ujawniło powiązania z bakteriami chemoautotroficznymi , utleniaczami siarki u Vesicomyidae. oraz małży Lucinidae i robaczyc Siboglinidae, a także podkreślił wyjątkową różnorodność bakterii żyjących w symbiozie z małymi Mytilidae. Wycieki śródziemnomorskie wydają się reprezentować bogate siedlisko charakteryzujące się bogactwem gatunków megafauny (np. ślimaki ) lub wyjątkowymi rozmiarami niektórych gatunków, takich jak gąbki ( Rizaxinella pyrifera ) i kraby ( Chaceon mediterraneus ), w porównaniu z ich odpowiednikami tła. Kontrastuje to z niską liczebnością i różnorodnością makro- i megafaunów w głębi wschodniej części Morza Śródziemnego . Zbiorowiska naciekowe w Morzu Śródziemnym, które obejmują endemiczne gatunki chemosyntetyczne i związaną z nimi faunę, różnią się od innych znanych na świecie zbiorowisk naciekowych na poziomie gatunku, ale także brakiem dużych małży z rodzaju Calyptogena lub Bathymodiolus . Izolacja Morza Śródziemnego przesącza się z Oceanu Atlantyckiego po kryzysie mesyńskim doprowadziła do powstania unikalnych społeczności, które prawdopodobnie różnią się składem i strukturą od tych z Oceanu Atlantyckiego. Dalsze ekspedycje obejmowały ilościowe pobieranie próbek siedlisk na różnych obszarach, od Grzbietu Śródziemnomorskiego do wachlarza głębinowego wschodniego Nilu. Zimne wycieki odkryte w Morzu Marmara w 2008 roku ujawniły również społeczności oparte na chemosyntezie, które wykazywały znaczne podobieństwo do symbiontującej fauny zimnych wycieków we wschodniej części Morza Śródziemnego.

Na Oceanie Indyjskim

W rowie Makran , strefie subdukcji wzdłuż północno-wschodniego brzegu Zatoki Omańskiej, sąsiadującej z południowo-zachodnim wybrzeżem Pakistanu i południowo-wschodnim wybrzeżem Iranu , kompresja akrecyjnego klina doprowadziła do powstania zimnych wycieków i wulkanów błotnych.

Na Zachodnim Pacyfiku

Native aluminium odnotowano również w zimne wysięki w północno-wschodniej części kontynentalnej stoku na Morzu Południowochińskim i Chen et al. (2011) zaproponowali teorię jego powstania jako wynikającą z redukcji z tetrahydroksoglinianu Al(OH) 4 − do metalicznego glinu przez bakterie .

Japonia

Społeczności chemosyntetyczne wokół Japonii
Zimny ​​wyciek
Odpowietrznik hydrotermalny
Upadek wieloryba

Społeczności głębinowe wokół Japonii są głównie badane przez Japońską Agencję ds. Nauki i Technologii Morsko-Ziemnej (JAMSTEC). DSV Shinkai 6500 , Kaikō i inne grupy odkryły wiele miejsc.

Zbiorowiska wycieków metanu w Japonii są rozmieszczone wzdłuż obszarów zbieżności płyt ze względu na towarzyszącą im aktywność tektoniczną . Wiele wycieków znaleziono w rowie japońskim , korycie Nankai , rowie Ryukyu , zatoce Sagami i zatoce Suruga oraz w Morzu Japońskim .

Członkowie społeczności zimnych wycieków są podobni do innych regionów pod względem rodziny lub rodzaju, takich jak Polycheata; Lamellibrachia, Bivalavia; Solemyidae, Bathymodiolus in Mytilidae, Thyasiridae, Calyptogena in Vesicomyidae i tak dalej. Wiele gatunków w zimnych wysiękach Japonii jest endemicznych .

W Zatoce Kagoshima występują wycieki metanu zwane „tagiri” (wrzenie). W okolicy mieszkają Lamellibrachia satsuma . Głębokość tego miejsca wynosi tylko 80 m, co jest najpłytszym żyjącym punktem Siboglinidae. L. satsuma może być trzymana w akwarium przez długi czas w 1 atm. Dwa akwaria w Japonii przechowują i eksponują L. satsuma . Opracowywana jest metoda obserwacji wprowadzenia go do przezroczystej tuby winylowej.

DSV Shinkai 6500

DSV Shinkai 6500 odkrył zbiorowiska małży vesicomyidae w południowej Mariana Forearc . Zależą od metanu pochodzącego z serpentynitu . Inne zbiorowiska chemosyntetyczne zależałyby od substancji organicznych pochodzenia węglowodorowego w skorupie, ale te zbiorowiska zależą od metanu pochodzącego z substancji nieorganicznych z płaszcza.

W 2011 roku został wykonany wokół japońskiego rowu, który jest epicentrum trzęsienia ziemi w Tōhoku . Są pęknięcia, wycieki metanu i maty bakteryjne, które prawdopodobnie powstały w wyniku trzęsienia ziemi.

Nowa Zelandia

U wybrzeży Nowej Zelandii na stałym lądzie niestabilność brzegów szelfowych jest w niektórych miejscach wzmacniana przez zimne wycieki płynów bogatych w metan, które również wspierają faunę chemosyntetyczną i konkrecje węglanowe. Dominującymi zwierzętami są rurkowate z rodziny Siboglinidae oraz małże z rodzin Vesicomyidae i Mytilidae ( Batymodiolus ). Wiele z jego gatunków wydaje się być endemicznych. Głębokie dno trałowania został poważnie uszkodzony społeczności zimne wysięki i te ekosystemy są zagrożone. Głębokości do 2000 m, w tym zimne wysięki, należą do dotychczas nieodkrytej topograficznej i chemicznej złożoności siedlisk. Skala odkrywania nowych gatunków w tych słabo zbadanych lub niezbadanych ekosystemach będzie prawdopodobnie wysoka.

Na wschodnim Pacyfiku

Instytut Badawczy Akwarium Monterey Bay wykorzystał zdalnie sterowany pojazd podwodny Ventana do badań zimnych wycieków w Monterey Bay

W głębinach morskich w ramach projektu COMARGE zbadano wzorce bioróżnorodności wzdłuż i w poprzek chilijskiego marginesu poprzez złożoność ekosystemów, takich jak wycieki metanu i strefy minimum tlenu, donosząc, że taka heterogeniczność siedlisk może wpływać na wzorce bioróżnorodności lokalnej fauny. Podejdźcie fauna zawierać małże rodzin Lucinidae , Thyasiridae , solemyidae ( Acharax sp.) I Vesicomyidae ( Calyptogena gallardoi ) oraz wieloszczety lamellibrachia Sp. i dwa inne gatunki wieloszczetów. Ponadto w tych miękkich, zredukowanych osadach poniżej strefy minimum tlenowego poza chilijskim marginesem, zróżnicowana społeczność drobnoustrojów składająca się z różnych dużych prokariotów (głównie dużych wielokomórkowych „megabakterii nitkowatych” z rodzajów Thioploca i Beggiatoa oraz „makrobakterii ", w tym różnorodność fenotypów), protists (orzęski, wiciowce i otwornice), a także małe metazoans (głównie nicienie i wieloszczety). Gallardo i in. (2007) twierdzą, że prawdopodobny metabolizm chemolitotroficzny większości z tych mega- i makrobakterii oferuje alternatywne wyjaśnienie dla odkryć kopalnych , w szczególności tych z oczywistych źródeł nielitoralu, co sugeruje, że tradycyjne hipotezy dotyczące cyjanobakterii pochodzenia niektórych skamieniałości mogą być zostać zrewidowane.

Zimne wysięki ( pockmark ) są znane także z głębokości 130 mw Hecate Strait , Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie. Stwierdzono tam nieoczywistą faunę (również nieoczywistą dla zimnych wysięków) z dominującymi gatunkami: ślimakiem morskim Fusitriton oregonensis , anemonem Metridium giganteum , inkrustowanymi gąbkami i małżem Solemya reidi .

Zimne wycieki ze zbiorowiskami chemosyntezy wzdłuż wybrzeża Pacyfiku USA występują w Kanionie Monterey , tuż przy Monterey Bay w Kalifornii na wulkanie błotnym . Nie stwierdzono na przykład Calyptogena małże Calyptogena kilmeri i Calyptogena Pacifica i otwornic biformis Spiroplectammina .

Dodatkowo odkryto wycieki na morzu południowej Kalifornii na wewnętrznych pograniczach Kalifornii wzdłuż kilku systemów uskoków, w tym uskoku San Clemente, uskoku San Pedro i uskoku koryta San Diego. Wydaje się, że przepływ płynu w wyciekach wzdłuż uskoków koryta San Pedro i San Diego jest kontrolowany przez zlokalizowane zagięcia ograniczające w uskokach.

Na Antarktydzie

Pierwsze zimne wycieki z Oceanu Południowego odnotowano w 2005 r. Stosunkowo nieliczne badania antarktycznych głębin morskich wykazały obecność siedlisk głębinowych, w tym kominów hydrotermalnych , zimnych wycieków i wulkanów błotnych . Poza rejsami w ramach projektu ANDEEP (Antarctic Benthic Deep-Sea Biodiversity Project ) wykonano niewiele pracy na głębokim morzu. Na opisanie czeka więcej gatunków.

Wykrycie

Dzięki ciągłym doświadczeniom, zwłaszcza na górnym zboczu kontynentalnym w Zatoce Meksykańskiej, udane przewidywanie obecności zbiorowisk robaczycy wciąż się poprawia, jednak zbiorowisk chemosyntetycznych nie można wiarygodnie wykryć bezpośrednio przy użyciu technik geofizycznych . Wycieki węglowodorów, które umożliwiają istnienie społeczności chemosyntetycznych, modyfikują cechy geologiczne w sposób, który można zdalnie wykryć, ale skala czasowa współwystępowania aktywnego przesączania i obecności żywych społeczności jest zawsze niepewna. Te znane modyfikacje osadów obejmują (1) wytrącanie autigenicznego węglanu w postaci mikroguzek , guzków lub mas skalnych; (2) tworzenie hydratów gazu ; (3) modyfikacja składu osadów poprzez zagęszczanie twardych szczątków organizmów chemosyntetycznych (takich jak fragmenty i warstwy muszli); (4) tworzenie śródmiąższowych pęcherzyków gazu lub węglowodorów; oraz (5) tworzenie wgłębień lub dziobów przez wydalanie gazu. Cechy te powodują powstawanie efektów akustycznych, takich jak strefy wycierania (brak echa), twarde dna (echa silnie odbijające), jasne punkty (warstwy wzmocnione odbiciem) lub warstwy pogłosowe (Behrens, 1988; Roberts i Neurauter, 1990). „Potencjalne” lokalizacje większości typów społeczności można określić poprzez uważną interpretację tych różnych modyfikacji geofizycznych, ale do tej pory proces ten pozostaje niedoskonały, a potwierdzenie żywych społeczności wymaga bezpośrednich technik wizualnych.

Skamieniałe zapisy

Późna kreda depozyt zimne wysięki w Pierre Shale , na południowy zachód South Dakota

Osady zimnych wycieków znajdują się w całym zapisie skał fanerozoiku, zwłaszcza w późnym mezozoiku i kenozoiku (zob. na przykład Kaim i in., 2008; Conti i in., 2017). Te skamieniałe zimne wysięki charakteryzują się topografią przypominającą kopce (tam, gdzie się zachowały), grubokrystalicznymi węglanami oraz licznymi mięczakami i ramienionogami .

Oddziaływania na środowisko

Głównymi zagrożeniami, przed jakimi stoją dziś ekosystemy i ich społeczności, przed którymi stają zimne wody, są zaśmiecanie dna morskiego, zanieczyszczenia chemiczne i zmiana klimatu. Ściółka z dna morskiego zmienia siedlisko, zapewniając twarde podłoże tam, gdzie wcześniej nie było go dostępne, lub pokrywając osad, hamując wymianę gazową i zakłócając organizmy na dnie morza. Badania odpadów morskich na Morzu Śródziemnym obejmują badania szczątków dna morskiego na szelfie kontynentalnym, zboczu i równinie batialnej. W większości badań przedmioty z tworzyw sztucznych stanowiły większość odpadów, czasami nawet 90% lub więcej, ze względu na ich wszechobecne zastosowanie i słabą degradację.

Broń i bomby również zostały wyrzucone do morza, a ich zrzucanie na otwarte wody przyczynia się do skażenia dna morskiego. Innym poważnym zagrożeniem dla fauny dennej jest obecność utraconych narzędzi połowowych, takich jak sieci i sznury haczykowe, które przyczyniają się do połowów widm i mogą uszkadzać delikatne ekosystemy, takie jak koralowce zimnowodne.

W osadach głębinowych gromadzą się również zanieczyszczenia chemiczne, takie jak trwałe zanieczyszczenia organiczne , toksyczne metale (np. Hg, Cd, Pb, Ni), związki radioaktywne, pestycydy, herbicydy i farmaceutyki. Topografia (np. obecność kanionów) i hydrografia (np. zdarzenia kaskadowe) odgrywają główną rolę w transporcie i akumulacji tych substancji chemicznych z wybrzeża i szelfu do głębokich basenów, wpływając na lokalną faunę. Ostatnie badania wykazały obecność znacznych poziomów dioksyn w komercyjnej krewetce Aristeus antennatus oraz znaczne poziomy trwałych zanieczyszczeń organicznych u głowonogów mezopelagicznych i batypelagicznych

Procesy związane z klimatem i zmiany klimatyczne wpłyną na częstotliwość i intensywność kaskad, z nieznanym wpływem na faunę bentosową. Inny potencjalny efekt zmiany klimatu związany jest z transportem energii z wód powierzchniowych na dno morskie. Produkcja pierwotna zmieni się w warstwach powierzchniowych w zależności na przykład od nasłonecznienia, temperatury wody, głównego rozwarstwienia mas wody, co wpłynie na łańcuch pokarmowy aż do głębokiego dna morskiego, który będzie podlegał różnicom w ilości, jakości i czasie wkładu materii organicznej. Ponieważ rybołówstwo komercyjne przenosi się na głębsze wody, wszystkie te skutki będą miały wpływ na społeczności i populacje organizmów w zimnych wysiękach i ogólnie w głębinach morskich.

Zobacz też

Bibliografia

Ten artykuł zawiera pracę publiczną rządu Stanów Zjednoczonych z referencji i CC-BY-2.5 z referencji oraz tekst CC-BY-3.0 z referencji

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki