Солевой бассейн - Brine pool

Эти кратеры отмечают формирование бассейнов с рассолом, из которых соль просочилась через морское дно и покрыла близлежащий субстрат.
NOAA рендеринг солевого бассейна в Мексиканский залив.
Химеры рыба и мидии на краю бассейна с рассолом.

А бассейн с рассолом (иногда называют подводным, глубоководное озеро, или «рассольное озеро» ') - это объем рассола, собранный во впадине морского дна. Эти бассейны представляют собой плотные водоемы, у которых есть соленость в три-восемь раз больше, чем окружающий океан. Бассейны с рассолом обычно находятся под полярным морским льдом и в глубоком океане. Бассейны с рассолом под морским льдом образуются в процессе, называемом отказ от рассола.[1] Для глубоководных бассейнов с рассолом соль необходима для увеличения градиента солености. Эта соль может быть получена в результате одного из двух процессов: растворения больших отложений соли через соляная тектоника[2] или рассол, нагретый геотермическим способом, выходящий из центров тектонического распространения.[3] Рассол часто содержит высокие концентрации сероводород и метан, которые обеспечивают энергией хемосинтетический животные, которые живут возле бассейна. Эти существа часто экстремофилы и симбионты.[4][5] Глубоководные и полярные бассейны с рассолом токсичны для морских животных из-за их высокой солености и аноксических свойств.[1] что в конечном итоге может привести к токсический шок и, возможно, смерть. Частота образования бассейнов с рассолом в сочетании с их уникально высокой соленостью сделала их кандидатом для исследования способов использования их свойств для улучшения гуманитарной науки.[6]

Характеристики

Бассейны с рассолом иногда называют «озерами» морского дна, потому что плотный рассол нелегко смешивается с вышележащей морской водой, создавая четкую границу раздела между водными массами. Бассейны имеют объем от менее 1 м2 до 120 км2 Бассейн Орки.[2] Высокая соленость увеличивает плотность рассола, который создает поверхность и береговую линию для бассейна. Из-за высокой плотности рассола и отсутствия смешивающих течений в глубоком океане бассейны с рассолом часто становятся аноксический и смертельно опасны для дышащих организмов.[7] Однако бассейны с рассолом, поддерживающие хемосинтетическую активность, создают жизнь на берегу бассейна, где бактерии и их симбионты растут вблизи самых высоких концентраций высвобождения питательных веществ.[8] Пятнистые красноватые слои можно наблюдать, плавающие над плотной границей рассола, из-за высокой плотности галофильных архей, которые поддерживаются этой средой. [9]Эти берега представляют собой сложную среду со значительными сдвигами в солености, концентрации кислорода, pH и температуре в относительно небольшом вертикальном масштабе. Эти переходы создают множество экологических ниш.[10][11]

Формирование

Бассейны с рассолом создаются тремя основными способами: отвод рассола ниже морского льда, растворение солей в придонной воде посредством солевой тектоники и геотермальный нагрев рассола на тектонических границах и горячие точки.

  1. Отказ рассола
    • Когда морская вода замерзает, соли не вписываются в кристаллическую структуру льда, поэтому соли удаляются. Выброшенные соли образуют холодный плотный рассол, который опускается ниже морского льда на морское дно. Отторжение рассола в океанических масштабах связано с образованием Североатлантические глубокие воды (NADW) и Донные воды Антарктики (AAW) которые играют большую роль в глобальных термохалинная циркуляция (THC). В локальном масштабе этот отброшенный рассол накапливается в углублениях морского дна, образуя бассейн солевого раствора. Без перемешивания рассол станет бескислородным в течение нескольких недель.[1]
  2. Соляная тектоника
    • В середине Юрский период Мексиканский залив был мелким морем, которое высохло, образовав толстый слой соли и минералов, полученных из морской воды, толщиной до 8 км. Когда залив снова наполнился водой, слой соли был предохранен от растворения отложениями, накапливающимися над солью. Последующие слои осадка стали настолько тяжелыми, что начали деформироваться и перемещать более пластичный солевой слой ниже. В некоторых местах слой соли теперь выступает на морском дне или рядом с ним, где он может взаимодействовать с морской водой. Когда морская вода соприкасается с солью, отложения растворяются и образуют рассол. Расположение этих солевых отложений юрской эпохи также связано с выбросами метана, придающими глубоководным соляным бассейнам их химические характеристики.[2]
  3. Геотермальное отопление
    • В океанских тектонических центрах распространения Земли плиты раздвигаются, позволяя новой магме подняться и остыть. Этот процесс участвует в создании нового морского дна. Эти срединно-океанические хребты позволяют морской воде просачиваться вниз в трещины, где они вступают в контакт с минералами и растворяют их. Например, в Красном море глубоководные воды Красного моря (RSDW) просачиваются в трещины, образовавшиеся на тектонической границе. Вода растворяет соли из отложений, образовавшихся в Эпоха миоцена очень похоже на отложения юрского периода в Мексиканском заливе. Полученный рассол затем перегревается в активной гидротермальной зоне над магматическим очагом. Нагретый рассол поднимается на морское дно, где он охлаждается и оседает в углублениях в виде бассейнов с рассолом. Расположение этих бассейнов также связано с выбросами метана, сероводорода и других химических веществ, создающих основу для хемосинтетический Мероприятия.[3]

Поддержка жизни

Из-за методов их образования и отсутствия перемешивания бассейны с рассолом бескислородны и смертельны для большинства организмов. Когда организм входит в бассейн с рассолом, он пытается «вдохнуть» окружающую среду и испытать церебральная гипоксия из-за недостатка кислорода и токсический шок из-за повышенной солености. Если организмы не могут сбежать, они в конечном итоге умирают.[12] При наблюдении с подводных лодок или Дистанционно управляемые автомобили (ROV) водоемы с рассолом были усеяны мертвой рыбой, крабами, амфиподами и другими организмами, которые слишком далеко зашли в рассол. Затем мертвые организмы хранятся в рассоле в течение многих лет без разложения из-за бескислородной природы бассейна, предотвращающего разложение и создавая рыбное «кладбище».[8]

Несмотря на суровые условия, жизнь в форме макрофауны, такой как двустворчатые моллюски, может быть найдена в узкой зоне вдоль края бассейна с рассолом. Новый род и вид двустворчатых моллюсков, известных как Apachecorbula muriatica были обнаружены на краю солевого бассейна "Валдива Дип" в Красном море.[13] Также были зарегистрированы случаи образования бассейнов рассола макрофауны на границе с морской водой. Неактивные серные дымоходы были обнаружены у связанных с эпифауной, таких как полихеты и гидроиды. Инфауна такая как брюхоногие моллюски, Capitellid полихеты и верховые улитки также были связаны с бассейнами с рассолом в Красном море. Такие виды обычно питаются микробными симбионтами или бактериальными и детритными пленками.[14]

Хотя организмы обычно могут процветать на окраинах солевого бассейна, здесь они не всегда защищены от повреждений. Одна из возможных причин этого в том, что подводные оползни может воздействовать на бассейны с рассолом и вызывать волны гиперсоленого рассола, разливающиеся в окружающие бассейны, тем самым отрицательно влияя на живущие там биологические сообщества.[15]

Несмотря на их негостеприимный характер, бассейны с рассолом также могут стать домом, позволяющим организмам процветать. Глубоководные бассейны с рассолом часто совпадают с холодная утечка деятельность, позволяющая хемосинтетический жизнь процветать. Метан и сероводород, выделяемые сифоном, перерабатываются бактерии, которые имеют симбиотический отношения с такими организмами, как мидии.[16] Просачивающие мышцы образуют две отдельные зоны. Внутренняя зона, которая находится на краю бассейна, обеспечивает наилучшие физиологические условия и обеспечивает максимальный рост. Внешняя зона находится рядом с переходом между ложе мидий и окружающим морским дном, и эта область обеспечивает наихудшие условия, из-за которых эти мидии имеют более низкие максимальные размеры и плотность.[17] Эта экосистема зависит от химическая энергия, и относительно почти всех других форм жизни на Земле, не зависит от энергии солнце.[18]

Важной частью исследования экстремальных сред, таких как бассейны с рассолом, является функция и выживаемость микробы. Микробы помогают поддерживать более крупное биологическое сообщество вокруг таких сред, как бассейны с рассолом, и являются ключом к пониманию выживания других экстремофилы. Биопленки вносят свой вклад в создание микробов и считаются основой, на которой другие микроорганизмы могут выживать в экстремальных условиях. Исследования роста и функции искусственных биопленок-экстремофилов были медленными из-за сложности воссоздания экстремальной глубоководной среды, в которой они находятся.[19]

Примеры

Будущее использование

Одна из основных идей заключается в использовании солености солевых бассейнов в качестве источника энергии. Это будет сделано с использованием осмотического двигателя, который втягивает верхнюю воду высокой солености через двигатель и толкает ее вниз из-за осмотическое давление. Это приведет к тому, что солоноватоводный поток (который менее плотен и имеет меньшую соленость) будет оттеснен от двигателя за счет плавучести. Энергия, создаваемая этим обменом, может быть использована турбиной для создания выходной мощности.[7]

Можно изучить жидкий рассол, чтобы использовать его электрическую проводимость, чтобы изучить, присутствует ли жидкая вода на Марс.[6] Инструмент HABIT (обитаемость: рассолы, облучение и температура) станет частью кампании 2020 года по отслеживанию меняющихся условий на Марсе. Это устройство будет включать в себя эксперимент BOTTLE (переход от наблюдения за рассолом к ​​эксперименту с жидкостью) для количественной оценки образования переходного жидкого рассола, а также для наблюдения за его стабильностью во времени в неравновесных условиях.[6]

Третья идея заключается в использовании микроорганизмов в глубоководных бассейнах с рассолом для образования лекарственных препаратов из натуральных продуктов.[27] Эти микроорганизмы являются важными источниками биоактивных молекул против различных заболеваний из-за экстремальной среды, в которой они обитают, что дает потенциал для увеличения числа лекарств в клинических исследованиях.[28] В частности, новое открытие в исследовании использовало микроорганизмы из бассейнов рассола Красного моря в качестве потенциальных противораковых препаратов.[29][30][31]

Глубоководные бассейны с рассолом также вызвали большой интерес в биоразведке в надежде, что маловероятные среды могут служить источниками биомедицинских достижений из-за неизведанного биоразнообразия. Было обнаружено, что некоторые области обладают антибактериальной и противоопухолевой активностью в биосинтетических кластерах.[32] Были обнаружены другие новые ферменты устойчивости к антибиотикам, которые можно использовать в различных биомедицинских и промышленных применениях.[33]

Рекомендации

  1. ^ а б c Квитек, Рикк (февраль 1998 г.). «Черные лужи смерти: гипоксические, заполненные рассолом ледяные углубления становятся смертельными ловушками для бентических организмов в мелководном арктическом заливе». Серия "Прогресс морской экологии". 162: 1–10. Bibcode:1998MEPS..162 .... 1K. Дои:10.3354 / meps162001 - через ResearchGate.
  2. ^ а б c "NOAA Ocean Explorer: Мексиканский залив 2002". oceanexplorer.noaa.gov. Получено 2020-09-28.
  3. ^ а б Салем, Мохамед (01.06.2017). «Изучение глубоководных рассолов Конрада и Шабана в Красном море с использованием батиметрических, паразвуковых и сейсмических съемок». Журнал астрономии и геофизики NRIAG. 6 (1): 90–96. Bibcode:2017JAsGe ... 6 ... 90-е годы. Дои:10.1016 / j.nrjag.2017.04.003. S2CID  132353952.
  4. ^ Экстремофильная жизнь возле солевых бассейнов В архиве 10 ноября 2006 г. Wayback Machine
  5. ^ Эдер, Вт; Jahnke, LL; Шмидт, М; Хубер, Р. (июль 2001 г.). «Микробное разнообразие границы раздела морской воды и соленой воды в Кебрите, Красное море, изучено с помощью последовательностей гена 16S рРНК и методов культивирования». Appl. Environ. Микробиол. 67 (7): 3077–85. Дои:10.1128 / AEM.67.7.3077-3085.2001. ЧВК  92984. PMID  11425725.
  6. ^ а б c Назариус, чудо-Израиль; Рамачандран, Абхилаш Ваккада; Зорзано, Мария-Пас; Мартин-Торрес, Хавьер (01.09.2019). «Калибровка и предварительные испытания эксперимента по переходу от наблюдений за рассолом к ​​эксперименту с жидкостью на HABIT / ExoMars 2020 для демонстрации стабильности жидкой воды на Марсе». Acta Astronautica. 162: 497–510. Bibcode:2019AcAau.162..497N. Дои:10.1016 / j.actaastro.2019.06.026. ISSN  0094-5765.
  7. ^ а б Ариас, Франсиско Дж .; Герас, Сальвадор Де Лас (2019). «О возможности создания электростанций с бассейнами морских солей». Международный журнал энергетических исследований. 43 (15): 9049–9054. Дои:10.1002 / er.4708. ISSN  1099-114X.
  8. ^ а б «Морские бассейны: подводные озера отчаяния». www.amusingplanet.com. Получено 2020-09-28.
  9. ^ ДасСарма, Шиладитья; ДасСарма, Прия (15.03.2012), «Галофилы», eLS, Чичестер, Великобритания: John Wiley & Sons, Ltd, ISBN  0-470-01617-5, получено 2020-11-02
  10. ^ Антунес, Андре; Ольссон-Фрэнсис, Карен; МакГенити, Терри Дж. (2020), «Изучение глубоководных солей как потенциальных земных аналогов океанов в ледяных лунах внешней Солнечной системы», Астробиология: текущие, развивающиеся и новые перспективы, Caister Academic Press, 38, стр. 123–162, Дои:10.21775/9781912530304.06, ISBN  978-1-912530-30-4, PMID  31967579, получено 2020-10-28
  11. ^ Bougouffa, S .; Yang, J. K .; Ли, О. О.; Wang, Y .; Batang, Z .; Al-Suwailem, A .; Цянь П.Ю. (июнь 2013 г.). «Отличительная структура микробного сообщества в сильно стратифицированных глубоководных слоях соленой воды». Прикладная и экологическая микробиология. 79 (11): 3425–3437. Дои:10.1128 / AEM.00254-13. ISSN  0099-2240. ЧВК  3648036. PMID  23542623.
  12. ^ Фрейзер, Дженнифер. «Играть в глубоководном соляном бассейне - удовольствие, пока вы - ROV [Видео]». Сеть блогов Scientific American. Получено 2020-10-30.
  13. ^ Оливер, П. Грэм; Вестхейм, Хеге; Антунес, Андре; Каартведт, Штейн (май 2015 г.). «Систематика, функциональная морфология и распространение двустворчатых моллюсков (Apachecorbula muriatica gen. Et sp. Nov.) На краю водоема солевого раствора« Вальдивийская глубина »в Красном море». Журнал Морской биологической ассоциации Соединенного Королевства. 95 (3): 523–535. Дои:10.1017 / S0025315414001234. HDL:1822/39421. ISSN  0025-3154.
  14. ^ Вестхейм, Хеге; Каартведт, Штейн (26 февраля 2015 г.). «Глубоководный поселок у соляного бассейна Кебрит в Красном море». Морское биоразнообразие. 46 (1): 59–65. Дои:10.1007 / s12526-015-0321-0. ISSN  1867-1616. S2CID  16122787.
  15. ^ Сойер, Дерек Э .; Мейсон, Р. Алан; Кук, Энн Э .; Портнов, Алексей (2019-01-15). «Подводные оползни вызывают сильные волны в подводных солевых бассейнах». Научные отчеты. 9 (1): 128. Bibcode:2019НатСР ... 9..128С. Дои:10.1038 / s41598-018-36781-7. ISSN  2045-2322. ЧВК  6333809. PMID  30644410. S2CID  58010364.
  16. ^ Урдез, Стефан; Фредерик, Ли-Энн; Шернеке, Андреа; Фишер, Чарльз Р. (2001). «Функциональная респираторная анатомия глубоководной орбиниидной полихеты из солевого бассейна NR-1 в Мексиканском заливе». Биология беспозвоночных. 120 (1): 29–40. Дои:10.1111 / j.1744-7410.2001.tb00023.x. ISSN  1744-7410.
  17. ^ Смит, Эмили Б.; Скотт, Кэтлин М .; Nix, Erica R .; Корте, Кэрол; Фишер, Чарльз Р. (сентябрь 2000 г.). «Рост и состояние мидий (Bathymodiolus Childressi) в бассейне с рассолом в Мексиканском заливе». Экология. 81 (9): 2392–2403. Дои:10.1890 / 0012-9658 (2000) 081 [2392: GACOSM] 2.0.CO; 2. ISSN  0012-9658.
  18. ^ Всемирный фонд дикой природы. «Глубоководная экология: гидротермальные источники и холодные выходы». 23 марта 2006 г. Проверено 3 октября 2007 г.
  19. ^ Чжан, Вэйпэн; Ван, Юн; Бугуффа, Салим; Тиан, Ренмао; Цао, Хуэйлуо; Ли, Юнсинь; Цай, Линь; Вонг, Юэ Хим; Чжан, Ген; Чжоу, Гуовэй; Чжан, Сисян (2015). «Синхронизированная динамика бактериальных ниш-специфических функций во время развития биопленки в бассейне холодного солевого раствора». Экологическая микробиология. 17 (10): 4089–4104. Дои:10.1111/1462-2920.12978. ISSN  1462-2920.
  20. ^ Дуарте, Карлос М .; Рёстад, Андерс; Мишу, Грегуар; Бароцци, Алан; Мерлино, Джузеппе; Дельгадо-Уэртас, Антонио; Hession, Brian C .; Мэллон, Фрэнсис Л .; Афифи, Абдулакадер М .; Даффончио, Даниэле (22.01.2020). «Об открытии Афифи, самого мелкого и самого южного водоема с рассолом в Красном море». Научные отчеты. 10 (1): 910. Bibcode:2020НатСР..10..910Д. Дои:10.1038 / с41598-020-57416-ш. ISSN  2045-2322. ЧВК  6976674. PMID  31969577. S2CID  210844928.
  21. ^ Ван, Юн; Ян, Цзян Кэ; Ли, Он Он; Ли, Tie Gang; Ас-Сувайлем, Абдулазиз; Данчин, Антуан; Цянь, Пей-Юань (21.12.2011). «Бактериальное расширение генома, специфичное для ниши, связано с очень частыми нарушениями генов в глубоководных отложениях». PLOS ONE. 6 (12): e29149. Bibcode:2011PLoSO ... 629149W. Дои:10.1371 / journal.pone.0029149. ISSN  1932-6203. ЧВК  3244439. PMID  22216192.
  22. ^ Салем, Мохамед (01.06.2017). «Изучение глубоководных рассолов Конрада и Шабана в Красном море с использованием батиметрических, паразвуковых и сейсмических исследований». Журнал астрономии и геофизики NRIAG. 6 (1): 90–96. Bibcode:2017JAsGe ... 6 ... 90-е годы. Дои:10.1016 / j.nrjag.2017.04.003. ISSN  2090-9977. S2CID  132353952.
  23. ^ Сиам, Рания; Mustafa, Ghada A .; Шараф, Хазем; Мустафа, Ахмед; Рамадан, Adham R .; Антунес, Андре; Баич, Владимир Б .; Стингл, Ули; Marsis, Nardine G.R .; Coolen, Marco J. L .; Согин, Митчелл (2012-08-20). «Уникальные прокариотические консорциумы в геохимически отличных отложениях из Атлантиды II в Красном море и глубоких соленых бассейнов Discovery». PLOS ONE. 7 (8): e42872. Bibcode:2012PLoSO ... 742872S. Дои:10.1371 / journal.pone.0042872. ISSN  1932-6203. ЧВК  3423430. PMID  22916172.
  24. ^ Abdallah, Rehab Z .; Адель, Мустафа; Оуф, Amged; Сайед, Ахмед; Ghazy, Mohamed A .; Алам, Интихаб; Эссак, Магбубах; Lafi, Feras F .; Баич, Владимир Б .; Эль-Дорри, Хамза; Сиам, Рания (2014). «Аэробные метанотрофные сообщества на границе рассола и морской воды в Красном море». Границы микробиологии. 5: 487. Дои:10.3389 / fmicb.2014.00487. ISSN  1664-302X. ЧВК  4172156. PMID  25295031.
  25. ^ Якимов Михаил М .; Коно, Виолетта Ла; Spada, Gina L .; Бортолуцци, Джованни; Мессина, Энцо; Смедиле, Франческо; Аркадий, Эрика; Боргини, Мирено; Феррер, Мануэль; Шмитт-Копплин, Филипп; Херткорн, Норберт (2015). «Сообщество микробов на границе раздела морской воды и рассола в глубоководном рассоле озера Криос активно ниже предела хаотропности жизни, что подтверждается восстановлением мРНК». Экологическая микробиология. 17 (2): 364–382. Дои:10.1111/1462-2920.12587. ISSN  1462-2920. PMID  25622758.
  26. ^ Салем, Мохамед (01.06.2017). «Изучение глубоководных рассолов Конрада и Шабана в Красном море с использованием батиметрических, паразвуковых и сейсмических исследований». Журнал астрономии и геофизики NRIAG. 6 (1): 90–96. Bibcode:2017JAsGe ... 6 ... 90-е годы. Дои:10.1016 / j.nrjag.2017.04.003. ISSN  2090-9977. S2CID  132353952.
  27. ^ Ли, Дэхай; Ван, Фэнпин; Сяо, Сян; Цзэн, Сян; Гу, Цянь-Цюнь; Чжу, Веймин (май 2007 г.). «Новое цитотоксическое производное феназина из глубоководной бактерии Bacillus sp». Архив фармакологических исследований. 30 (5): 552–555. Дои:10.1007 / BF02977647. ISSN  0253-6269. PMID  17615672. S2CID  10515104.
  28. ^ Зико, Лайла; Saqr, Al-Hussein A .; Оуф, Amged; Гимпель, Матиас; Азиз, Рами К .; Нойбауэр, Питер; Сиам, Рания (18 марта 2019 г.). «Антибактериальная и противораковая активность кластеров орфанных биосинтетических генов из бассейна солевого раствора Атлантиды II в Красном море». Фабрики микробных клеток. 18 (1): 56. Дои:10.1186 / s12934-019-1103-3. ISSN  1475-2859. ЧВК  6423787. PMID  30885206.
  29. ^ Крейг, Х. (1966-12-23). «Изотопный состав и происхождение геотермальных рассолов Красного и Солтонского морей». Наука. 154 (3756): 1544–1548. Bibcode:1966Sci ... 154.1544C. Дои:10.1126 / science.154.3756.1544. ISSN  0036-8075. PMID  17807292. S2CID  40574864.
  30. ^ Сагар, Сунил; Исав, Лука; Хикмаван, Тьяс; Антунес, Андре; Холтерманн, Кари; Стингл, Ульрих; Баич, Владимир Б .; Каур, Мандип (06.02.2013). «Цитотоксические и апоптотические оценки морских бактерий, выделенных на границе раздела морской воды и рассола в Красном море». BMC Дополнительная и альтернативная медицина. 13 (1): 29. Дои:10.1186/1472-6882-13-29. ISSN  1472-6882. ЧВК  3598566. PMID  23388148.
  31. ^ Грётцингер, Стефан Вольфганг; Алам, Интихаб; Алави, Вейл Ба; Баич, Владимир Б .; Стингл, Ульрих; Эппингер, Йорг (2014). «Разработка базы данных единичных амплифицированных геномов экстремофилов Красного моря - повышение надежности прогнозирования функции генов с использованием алгоритма сопоставления профилей и образцов (PPMA)». Границы микробиологии. 5: 134. Дои:10.3389 / fmicb.2014.00134. ISSN  1664-302X. ЧВК  3985023. PMID  24778629.
  32. ^ Зико, Лайла; Saqr, Al-Hussein A .; Оуф, Amged; Гимпель, Матиас; Азиз, Рами К .; Нойбауэр, Питер; Сиам, Рания (18 марта 2019 г.). «Антибактериальная и противораковая активность кластеров орфанных биосинтетических генов из бассейна солевого раствора Атлантиды II в Красном море». Фабрики микробных клеток. 18 (1). Дои:10.1186 / s12934-019-1103-3. ISSN  1475-2859.
  33. ^ Эльбехери, Али Х. А .; Утечка, Дэвид Дж .; Сиам, Рания (22 декабря 2016 г.). «Новые термостабильные ферменты устойчивости к антибиотикам из соляного раствора Atlantis II Deep Red Sea». Микробная биотехнология. 10 (1): 189–202. Дои:10.1111/1751-7915.12468. ISSN  1751-7915.

дальнейшее чтение