Чорні димки: Плаваючі струмені та життя без сонця

Водопад, приготовленный морской водой из недр и вытащенный обратно

Гидротермальный источник начинается с обычной морской воды, которая просачивается через трещины в недавно образованной океанической коре возле среднетектонического поднятия. Спускаясь, он приближается к магматическим камерам на расстоянии нескольких километров от дна моря и его температура превышает 350°C. При этих температурах жидкость становится химически агрессивной — она вымывает металлы, такие как железо, медь, цинк и марганец, прямо из окружающих пород и забирает растворенный сероводород из магматических газов. Теперь горячая и плавучая, она быстро поднимается обратно через кору и извергается из колодезного структуры обратно в почти ледяную (около 2°C) воду глубоководья.

Чому плавучий шар чорний, і чому він підіймається

Миттєво, коли кипляча, металомістка рідина стикається з холодною морською водою, розчинені сульфіди практично миттєво осідають у вигляді мікроскопічних частинок заліза та інших металівідновних – "дим" чорного димчастого випуску насправді є щільною хмарою свіжоутвореного мінерального пилу, а не спалювання. Оскільки потоки випуску одночасно гарячіші та менш щільні, ніж навколишня морська вода, весь шар є плаваючим і піднімається по водному стовпцю точно так само, як гаряче повітря підіймається над свічкою, залучаючи та змішуючи з ним навколишню холодну воду, коли він піднімається, охолоджуючись і розводячись доти, поки його щільність не відповідає щільності навколишньої води, і він не розповсюджується в стороні замість подальшого підйому.

buoyancy force per unit volume  ≈  (ρ_seawater − ρ_plume) · g

ρ_plume < ρ_seawater   while the plume is still hotter than its surroundings
→ net upward force → plume rises and entrains cold water as it goes
→ plume cools, ρ_plume rises → buoyancy shrinks → plume spreads at its
  "neutral buoyancy" height instead of rising forever

Хемосинтез: екосистема без жодного сонячного світла

Практично кожна екосистема на поверхні Землі в кінцевому підсумку живиться фотосинтезом — рослини та водорості перетворюють сонячне світло на цукор, а все інше їсть їх або їсть щось, що їло їх. Спільноти вентових виділень, тисячі метрів глибоко під будь-яке сонце, живляться абсолютно різним джерелом енергії: хемосинтезом. Вільні та симбіотичні бактерії окислюють сірководень, що витікає з венту, використовуючи цю хімічну реакцію — а не світло — для побудови цукрів з вуглекислого газу та води. Ці бактерії утворюють основу харчової мережі, яка підтримує величезних ворончастих черв’яків, крабів вентових виділень, безбарвних креветок і мушлі, які не знаходять собі подібного в іншому місці на планеті, всі щільно скупчені навколо вузької смуги теплої, хімічно насиченої води біля кожного венту.

Гігантські труботивирки: тіло, побудоване повністю навколо бактерій

Гігантські труботивирки (Riftia pachyptila) є найбільш вражаючим результатом цієї взаємодії. У дорослі роки вони не мають рота, кишківника чи способу харчування – замість цього спеціальний внутрішній орган, званий трофозомом, містить мільярди хемосинтезуючих бактерій. Червоний «пучок» труботивирки, який виступає з білого тулуба, поглинає кисень та сірководню з води джерела і транспортує обидва до трофозому, де мешканські бактерії окислюють сірку та виробляють органічні сполуки, які живлять черв’яка зсередини. Це один із найбільш повних прикладів симбіозу, відомих науці: черв’як існує виключно як підтримка для своїх бактерій, а бактерії харчуються ним у відповідь.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Hydrothermal Vents і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.