Гидротермальное поле затерянного города - Lost City Hydrothermal Field

Затерянное городское вентиляционное поле
Затерянное городское вентиляционное поле
Серия жерл на массиве Атлантис .
	В Затерянном городе есть множество карбонатных гидротермальных источников, в том числе и этот мелово-белый фланг.
Место расположения	Срединно-Атлантический хребет
Координаты	30 ° 07′0 ″ N 42 ° 07′0 ″ з.д. / 30,11667 ° с.ш. 42,11667 ° з.д. Координаты: 30 ° 07′0 ″ N 42 ° 07′0 ″ з.д. / 30,11667 ° с.ш. 42,11667 ° з.д.
Область	500 квадратных метров (5400 квадратных футов)
Максимум. высота	−750 метров (−2,460 футов)
Мин. высота	-900 метров (-3000 футов)

Lost City гидротермальное поле , часто называют просто как Lost City , является областью морских щелочных гидротермальных источников , расположенных на Атлантисе массиве на пересечении между С и Атлантидой Transform Fault , в Атлантическом океане . Это долгоживущий сайт активной и неактивной ультрамафитового -hosted серпентинизации , абиотический производить много простых молекул , такие как метан и водород , которые имеют основополагающее значение для жизни микробов. Таким образом, он вызвал научный интерес как отличное место для исследования происхождения жизни на Земле и других подобных ей планетах.

История экспедиции

Геркулес ныряет в Затерянном городе в 2005 году

Впервые Затерянный город был идентифицирован 4 декабря 2000 года с использованием DSV Alvin и ROV ArgoII во время круиза AT03-60 RV Atlantis . Рейс длился 34 дня, в течение которых были сделаны фотографии и пробы дымохода.

Открытие Затерянного города побудило Национальный научный фонд профинансировать вторую 32-дневную поездку (AT07-34) на это место в 2003 году, чтобы использовать Элвина и автономное транспортное средство ABE с большим упором на научный отбор проб и создание батиметрическая карта жерлового поля высокого разрешения . ABE будет участвовать в комбинированных 17 дайв-экспедициях, включая последующие посещения, создавая батиметрический профиль для 3,3 квадратных километров (1,3 квадратных миль) массива.

Первое посещение Интегрированной программы океанического бурения состоялось во время экспедиции 304 в конце 2004 года, когда в массиве Атлантис была пробурена серия скважин для сбора крупных кернов породы с участка. Экспедиция 305 последовала их примеру в начале 2005 года, а 340Т - в 2012 году.

В июле 2005 года Геркулес и Аргус в течение девяти дней исследовали Затерянный город на судне Национального управления океанических и атмосферных исследований Рональда Х. Брауна , а видео транслировалось в прямом эфире в Вашингтонский университет в Сиэтле . Затерянный город был также исследован в ходе 50-го рейса корабля « Академик Мстислав Келдыш» , который уделял больше внимания исследованию спусков к югу от газового месторождения. В мае того же года НИС Knorr отправился к массиву Атлантис для гидроакустических измерений потенциальной сейсмической активности. Кроме того, в июле и августе 2005 г. был проведен французский круиз EXOMAR на судне L'Atalante с целью изучения биоразнообразия экстремофилов в глубоководных районах океана.

В 2015 году посетила экспедиция 357 Международной программы по открытию океана , в ходе которой основное внимание уделялось бурению на массиве Атлантис для изучения внеосевой циркуляции. После того, как были взяты керны с девяти различных участков, пробы из которых были взяты с помощью бутылок Нискина, оставлен ряд скважин . На двух площадках были установлены заглушки, чтобы в будущем можно было проводить отбор проб скважинных флюидов.

Инструменты на ROV Jason в 2018 году

В июле и августе 2018 года на L'Atalante был проведен французский круиз TRANSECT с использованием ROV VICTOR для сбора различных измерений и образцов. В следующем месяце американский круиз AT42-01, получивший название « Возвращение в затерянный город» , был предпринят с целью повторного посещения области вентиляции после многих лет, с участием многих членов первоначальной команды открытия в 2000 году. Фотографии, окружающие газы, клетки для культур, рок, Пробы вентилируемой жидкости и окружающей морской воды были собраны с использованием ROV Jason II и розетки CTD Niskin . Ключевыми целями миссии были сбор биологических и геохимических образцов для исследования источников энергии для микробной жизни. Они также продолжили скважинную экспедицию 2015 года, попытавшись взять пробы из пробуренных скважин для доступа к остаточным флюидам.

География

Карта затерянного города на массиве Атлантиды

Затерянный город расположен в северной части Атлантического океана, на морском дне горного массива Атлантис , размером примерно с гору Рейнир . Это место описано как долгоживущее жерловое месторождение, возраст которого, по оценкам радиоуглеродного анализа, составляет самые старые отложения дымоходов на этом месторождении. Однако это значительно меньше возраста самого массива Атлантиды, которому может быть около двух миллионов лет. Затерянный город расположен на шельфе примерно в 70 метрах (230 футов) ниже вершины массива на глубине около 750–900 м (2460–2 950 футов), с приблизительной площадью 500 квадратных метров (5400 квадратных футов). Сам массив мог возникнуть аналогично многим другим ядерным комплексам океана .

Затерянный город - это место, где преобладают крутые скалы на юге, дымоходы и насыпи карбонатного материала, откладываемые из дымоходов, которые разрушаются по мере старения. Брекчия , габбро и перидотиты являются доминирующими типами пород при маневрировании вдали от месторождения, которые склонны к массовому истощению по мере увеличения батиметрии. О массовых разрушениях прошлого свидетельствуют обильные уступы на склоне массива. Щебень имеет тенденцию накапливаться на участках, ограничивающих поле крутизной не более 60 градусов, и может подвергаться литификации в зависимости от того, как далеко он находится от Затерянного города.

Из 30 действующих и неактивных вентиляционных труб Posidon является крупнейшим и наиболее изученным в вентиляционном поле. Посидон составляет около 60 метров (200 футов) в высоту и 100 метров (330 футов) в ширину и имеет множество отверстий для выпуска горячих жидкостей. Вентиляционное отверстие, прозванное « Улей» за его отчетливую форму после обнаружения, имеет высоту около метра и расположено на южной стороне Посидона . Кроме того, башня IMAX составляет примерно 8 метров (26 футов) в высоту на северной стороне Посидона , хотя в дымоходе есть сталагмитоподобные наросты, достигающие 30 метров (98 футов). IMAX имеет большой фланец, который улавливает горячую вытекающую жидкость, и внутри него действует очень заметная биопленка .

Другие дымоходы, такие как « Райан» и « Природа» к востоку от Посидона , также имеют фланцевую конструкцию и структуру, напоминающую улей, хотя они значительно меньше и вентилируются значительно меньше, чем Посидон . Несколько неактивных вентиляционных отверстий расположены примерно в 100 метрах (330 футов) к югу от Посидона , хотя их высота составляет всего несколько метров.

Поскольку расположение массива находится в центре медленного или сверхмедленного спрединга , существует большое количество разломов, которые проходят через жерловое поле. Многие разломы, особенно на южной стороне, представляют собой нормальные разломы под большим углом, которые могут быть скрыты обломками. Большинство найденных жерл имеют тенденцию проходить с востока на запад, вероятно, из-за ориентации линий разломов под месторождением.

Два потухших поля расположены примерно в 300 метрах (980 футов) к западу и 450 метрах (1480 футов) к юго-западу от центрального жерлового поля на глубине 1000 метров (3300 футов) или более. Они имеют неактивные жерла, похожие по профилю на Посидон, с осыпью (осыпью), отделяющей их от центрального жерлового поля, хотя они не так активно изучались. На основании возраста собранных образцов было выдвинуто предположение, что поток горячей жидкости мигрировал с юга на север, где в настоящее время проживает Посидон .

Данные изотопов стронция , углерода и кислорода, а также возраст радиоуглерода документально подтверждают, что гидротермальная активность, вызванная реакциями серпентинизации в Затерянном городе, не менее 30 000 лет , что делает Затерянный город старше всех известных вентиляционных отверстий для черных курильщиков как минимум на два порядка.

Геология и химия

Щелочные гидротермальные источники, подобные тем, что есть в Затерянном городе, только внешне связаны с вулканическими источниками черного курильщика; два типа вентиляционных отверстий, возможно, лучше описываются их различиями, чем их сходством. Хотя оба типа часто встречаются вблизи океанических центров спрединга, щелочные гидротермальные источники не создаются вулканическими процессами. Они выделяют метан и двухатомный водород в окружающую воду; они не производят значительных количеств углекислого газа , сероводорода или металлов, которые являются основным продуктом вулканических жерл «черных курильщиков». Температура и pH воды, окружающей два типа вентиляционных отверстий, также значительно различаются.

Минералогия

Центр спрединга Срединно-Атлантического хребта раздвигает литосферу , создавая нормальные разломы, которые открывают подповерхностные породы для морской воды.

Оливин, минерал, ответственный за серпентинизацию Затерянного города.

Массив Атлантис описывается как комплекс ультраосновных океанических ядер Срединно-Атлантического хребта, в котором порода верхней мантии подвергается воздействию морской воды из-за разломов от тектонического расширения, связанного с океанскими центрами спрединга. Половинная скорость распространения составляет примерно 12 мм / год, что позволяет классифицировать его как медленно растущий гребень. На массиве зафиксированы сейсмические явления баллов по шкале Рихтера 4 и 4,5 балла .

Преобладающие минералы, обнаруженные в Лост-Сити, - ультраосновные, состоящие в основном из оливина и пироксена с очень небольшим содержанием кремнезема . Минералы перидотита (в первую очередь шпинелевого гарцбургита ) подвергаются серпентинизации и образуют магнетит и серпентиновые минералы . Поскольку углекислый газ или металлы почти не выделяются в выхлопных жидкостях, Lost City выглядит как некурящий , с небольшим количеством твердых частиц, создающих дымный вид.

Как только поровые воды проникают на поверхность и возвращаются на поверхность, образуются трубы арагонита , брусита и кальцита , когда карбонаты кальция выпадают в осадок из раствора. Дымоходы более молодого возраста состоят в основном из брусита и арагонита, они белые и чешуйчатые на вид. По мере созревания вентиляционных отверстий пористость уменьшается, поскольку осадки закупоривают пути прохождения жидкости. Минеральный состав изменяется: арагонит, затем кальцит и брусит, удаляются путем растворения, и дымоходы темнеют до серого или коричневого цвета.

На стороне разлома трансформации Атлантиды стена массива Атлантида заканчивается примерно на 740 метров (2430 футов) ниже уровня моря, где типы горных пород деформируются до различных милонитовых пород с минералами деформационной ткани талька, тремолита и ленточного серпентина.

Серпентинизация

Затерянный город является образцовым местом для изучения абиотического метаногенеза и гидрогенеза, поскольку реакции серпентинизации производят метан и водород. Дополнение реакций Фишера-Тропша ;

+ + → + +

( Метаногенез )

+ → + +

( Гидрогенез )

Реакции являются экзотермическими и нагревают окружающие воды за счет реакционного нагрева, хотя температуры жидкости все еще относительно низки (40–90 ° C) по сравнению с другими гидротермальными системами. Кроме того, местный pH увеличивается до значений более 9, что позволяет осаждать карбонат кальция. Поскольку серпентинизация особенно обширна, концентрации углекислого газа также очень низкие. Низкая температура, концентрация углекислого газа, а также низкое содержание сероводорода и металлов в шлейфе затрудняют идентификацию вентиляционных отверстий по результатам измерений CTD или методов оптического обратного рассеяния.

Биология

Desmophyllum замечен на месторождении Затерянный город.

Затерянный город и другие гидротермальные системы вентиляции поддерживают самые разные формы жизни из-за уникального химического состава Затерянного города. Внутри, на вентиляционных отверстиях и вокруг них обитают различные микроорганизмы. Археи, подобные Methanosarcinales, образуют толстые биопленки внутри жерл, где они питаются водородом и метаном; бактерии, относящиеся к Firmicutes, также живут внутри вентиляционных отверстий. За пределами вентиляционных отверстий археи , в том числе недавно описанный ANME-1, и бактерии, в том числе протеобактерии , окисляют метан и серу в качестве основных источников энергии.

Затерянный город также поддерживает множество мелких беспозвоночных, связанных с карбонатными структурами, включая небольших кораллов , улиток , двустворчатых моллюсков , полихет , амфипод и остракод . Кораллы Desmophyllum и нематоды обитают на карбонатных трубах. Однако другие животные, такие как трубчатые черви и гигантские моллюски, которые изобилуют в типичных отверстиях для черных курильщиков, в Затерянном городе отсутствуют. На поле также были замечены разнообразные крабы , креветки , морские веера и медузы .

Макрофауна вокруг жерлового поля встречается редко, хотя более крупные организмы иногда посещают это поле. Посетители могут включать в себя морских затонувших кораблей , гренадеров и даже акул . Стрелозубый угорь был замечен в районе Затерянного города, который имеет огромный диапазон глубин от -120 метров (-390 футов) до -4 800 метров (-15,700 футов).

Значимость

Затерянный город предоставляет геологам, химикам и биологам рабочую экосистему для изучения жизни в экстремальных условиях и других процессов, вызванных абиотическим производством метана и водорода путем серпентинизации .

Сходства с другими местами

Вытяжное поле Затерянного города имеет ряд общих характеристик с жерловым полем Прони-Бэй около Новой Каледонии в Тихом океане. Оба являются местами с умеренной температурой, которые производят много водорода и метана. Однако залив Прони значительно мельче (менее 50 метров (160 футов)), чем Затерянный город (около 800 метров (2600 футов)). Здесь обитает уникальная биология, в том числе экстремофил Alkaliphilus hydrothermalis .

Аналогичный щелочной гидротермальный источник, Гидротермальное поле Стритан, был обнаружен у северного побережья Исландии.

Месторождение фон Дамма, расположенное в Карибском море , также расположено на вершине морского комплекса.

Происхождение жизни

Было высказано предположение, что древние версии подобных щелочных гидротермальных источников в морях молодой Земли были местом зарождения всей жизни, составляя первоначальный абиогенез планеты . Произведенный свободный газообразный водород, металлические катализаторы, согласующиеся с теорией мира железо-сера , микроклеточная физическая структура башен и доступная гидротермальная энергия, вероятно, могли обеспечить среду для начала нефотосинтетических энергетических циклов, общих для самых примитивных людей. создание микроорганизмов и органических молекул. Микроскопические структуры в таких щелочных вентиляционных отверстиях «показывают взаимосвязанные отсеки, которые обеспечивают идеальный инкубаторий для зарождения жизни».

Эти щелочные гидротермальные источники также непрерывно генерируют ацетилтиоэфиры , обеспечивая как отправную точку для более сложных органических молекул, так и энергию, необходимую для их производства. Однако это мнение было отвергнуто японскими исследователями из Института наук о Земле и жизни (ELSI) Токийского технологического института . Они показали, что из-за высокого изменения свободной энергии гидролиза тиоэфиров и соответствующих им низких констант равновесия маловероятно, что эти виды могли абиотически накапливаться в какой-либо значительной степени на полях Затерянного города.

Условия в Затерянном городе вызывают особую озабоченность из-за присутствия там разных типов экстремофилов . Микробы Затерянного города - полиэстремофилы, подходящие под описание алкалифилов, умеренных пьезофилов и термофилов в среде без солнечного света. Комбинация различных экстремофильных элементов предполагает, что организмы Затерянного города более экстремальны, чем в других местах, что делает их особенно интересными объектами изучения требований к жизни.

Учитывая, что единственными требованиями для серпентинизации являются оливин и морская вода, такие места, как Затерянный город, теоретически могут существовать на внеземных телах с жидкой водой, таких как Европа и Энцелад .

В популярной культуре

Приезжающая акула на поле Затерянного города

Затерянный город показан в 3D- фильме Disney в формате IMAX « Пришельцы из глубин» . Фланец IMAX был безымянным до выхода документального фильма, но он очень узнаваем в фильме и впоследствии получил прозвище видеоформата, который играет в кинотеатрах .