Радужное вентиляционное поле - Rainbow Vent Field

Карта тройного перекрестка Азорских островов. На этом изображении Радуга находится на 36 ° 14 'северной широты и 34 ° 5' западной долготы.

В Поле гидротермальных источников Радуга это система ультраосновной -хостили гидротермальные источники расположен на 36 ° 14 'северной широты на Срединно-Атлантический хребет (МАР). Он был обнаружен в 1994 году по показаниям температуры десяти высокотемпературных черные курильщики на глубине примерно 2,3 км (1,4 мили), где температура жидкости может превышать 365 ° C (689 ° F).[1][2] Участок мельче и больше по площади, чем многие другие жерловые поля на Азорском участке САХ, его площадь составляет 1,5 квадратных километра (370 акров).[3][4] Расположен в 370 км (229,91 миль) к юго-востоку от Остров Файал, это популярный участок геохимического отбора проб и моделирования из-за непосредственной близости к Азорские острова и окончательное представление серпентинизация из гидротермальная циркуляция и синтез.[5]

Геология, биология и содержание жидкости делают Rainbow сопоставимым с другими горячие гидротермальные источники Азорских островов такие как Lucky Strike и Menez Gwen. Тем не мение; хлорность, металл концентрация, и pH отличить его от соседних жерловых полей.[6] Поскольку это жаркое, ультрабазитное вентиляционное поле, уровень pH жидкостей чрезвычайно низок и ЧАС2 и CH4 образуется в результате взаимодействия воды с мафическим Магматические породы.

Хотя проект Rainbow активно не рассматривается для разработки, он находится в пределах исследовательской зоны MoMAR (мониторинг Срединно-Атлантического хребта) для морской обсерватории.[7][8]

Открытия и экспедиции

ROV ДЖЕЙСОН, управляется Океанографический институт Вудс-Хоул.

Радугу неоднократно посещали с момента ее открытия в 1994 году. Дистанционно управляемые автомобили (ТПА), подводные аппараты, и Зонды проводимости и температуры (CTD) были развернуты для отбора проб, определения характеристик и исследования вентиляционного поля.

  • Радуга была впервые обнаружена в 1994 году компанией TOBI. гидролокатор бокового обзора и CTD данные о HEAT Cruise, вернувшие батиметрические геоморфология радуги Массив.[6]
  • Первый отбор проб флюидов произошел во время круиза FLORES в 1997 году, а также отбор проб Азорских островов в зоне MAR Menez Gwen и Lucky Strike.[9]
  • Этот район был исследован более подробно в 2001 году во время круиза IRIS, ставшего первым в истории магнетизма. гравиметрия, и данные проб воды с ROV Виктор 6000.[10][11] Отбор проб газовых и газовых газов также проводился во время рейса IRIS в 2001 году.
  • В 2002 г. был проведен круиз SEAHMA 1 для изучения геологии и биологии Тройной узел Азорских островов где встречаются Африканская, Евразийская и Североамериканская плиты.[12]
  • В рейсах MoMARDREAM 2007 и 2008 гг. Подводный аппарат Виктор и подводный аппарат Наутиле были использованы при сборе различных геологических образцов.[13] Во время круизов MoMARDREAM всего 29 земснаряды (14 из 2007, 15 в 2008).
  • Отбор проб жидкости также проводился во время рейса KNOX18RR в 2008 году. ROV Джейсон.[14]
  • В 2009 году в рамках экспедиции EMEPC / LUSO / 2009 впервые португальцы отправились в горный массив Радуга для изучения биологии Азорских жерл.[15]
  • В 2012 году следы металлов были оценены в результате многочисленных полевых исследований САХ с использованием R / V Knorr и ROV Джейсон II.[16]

Геологическая обстановка

Рейнбоу находится на массиве на глубине 2 275–2 335 м (7 464–7 661 фут), на котором расположены два ископаемых (в основном неактивных) жерла Города-Призрака и Клэмстона.[2] Медленно распространяющийся гребень со скоростью примерно 2,2 см / год, обширный нарушение поднял габбро и перидотит и подвергали ультраосновные породы воздействию холодной морской воды.[6] Неисправность также может иметь величину 3 - 3,5. землетрясения наблюдается в гидроакустических данных, предполагая, что регион является тектонически активным. В отличие от высокотемпературных базальт систем, эта ультрамафическая установка связана с положительным магнитная аномалия; постулируется, чтобы прийти из магнетит осадки. Активный участок Радуги демонстрирует многочисленные активные и неактивные дымоходы на серпентинизированных выходах перидотита, которые можно отличить от осадок покрыть либо выступом из осадка, либо уступ. Хлористый Концентрации от вентиляционных жидкостей предполагают общий источник тепла для объекта, хотя расположение и геометрия источников тепла неизвестны.[14]

Гидротермальная циркуляция

Из-за обширных разломов в массиве Рейнбоу холодная морская вода может проникать глубоко на морское дно.[17] Вода циркулирует по линии разлома, активно вступая в реакцию с различными слоями отложений и горных пород, пока не нагреется нижележащим источником тепла. При нагревании он может претерпевать фазовый переход, что часто приводит к резким изменениям химического состава жидкости. Затем перегретые вентиляционные жидкости поднимаются и выбрасываются с морского дна, где резкое падение температуры из-за смешивания холодной воды может вызвать выпадение некоторых жидких химикатов и образование дымовых труб.

При относительно небольшом количестве базальта в пределах километра от жерлового поля большинство реакций, влияющих на жерловые флюиды во время гидротермальной циркуляции, происходят от разной степени серпентинизации и прожилки перидотитов.[6][18] Оливин -богатые породы, такие как троктолиты претерпевают значительные изменения, частично замещаясь серпентином и магнетитом. Имеются свидетельства высокотемпературного изменения серпентинита на некоторых образцах с ранее существовавшим серпентинитом, что свидетельствует о надпечатка серпентинитов с повышенным содержанием железа.[6] Mylonic перидотиты в жерловом поле демонстрируют пластическую деформацию, которая затем покрывается серпентином и хлорит.

Rainbow показывает очень кислые вытяжные жидкости (pH ~ 2,8) из гидроксоний ионы, высвобождаемые в результате многочисленных взаимодействий ультраосновных пород во время циркуляции вентиляционных каналов.[9] Жидкости также содержат ряд молекул органического углерода, от алканы и фенол к сложному полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и биогенный жирные кислоты.[19] Эти молекулы органического углерода предполагают, что в вентиляционных отверстиях обитают организмы, использующие хемосинтетический реакции на метаболизировать. Реакции серпентинизации происходят с гидротермальной циркуляцией, заставляя воду реагировать с горячими железосодержащими минералами с выделением H2 газ и преобразование основной породы.[20] Серпентинизация также может быть причиной образования значительного количества метана в Rainbow.[21]

Известно, что выпускные флюиды перемещаются на многие километры к северо-востоку от связанных с ними вентиляционных отверстий, откладывая любые непрореагировавшие элементы на морское дно вдали от их источника.[2][22]

Разделение фаз

Пример фаз для материала. Когда вентилируемые жидкости достигают достаточно высокой температуры, они могут стать газообразными и потерять хлор перед выходом через вытяжную трубу.

Разделение фаз может произойти, когда морская вода нагревается до достаточно высокой температуры, она образует вторую фазу. При давлении ниже критической точки (298 бар, 407 ° C для морской воды[23]) морская вода закипает и образует паровую фазу. При давлении выше критического в качестве второй фазы образуется солевой раствор. Под землей гравитационные силы могут привести к разделению двух фаз.

Воды, циркулирующие глубоко внутри Rainbow, поднимаются до достаточно высокого давления или температуры, поэтому они вступают в реакцию с горными породами и химические компоненты растворяются в или осадок из вентиляционной жидкости. Химические концентрации в жидкости дополнительно изменяются, когда она подвергается фазовому разделению, поскольку летучие компоненты концентрируются в богатой паром фазе и металле. ионы в рассоле. Разделение фаз имеет большое значение для хлор, распространенный элемент в морской воде с небольшим количеством реакций за пределами разделения фаз, и часто нормализуется для оценки термодинамика внутри гребневой системы.[14] В зависимости от химическая стабильность Таким образом, вода, попадающая на морское дно, будет демонстрировать различные химические характеристики при выходе обратно.

В компании Rainbow разделение фаз является предполагаемой причиной особенно высоких концентраций хлоридов, микроэлементов и гидроксония, поскольку они сильно отличаются от аналогичных выходов MAR, таких как Logatchev. Кроме того, вентилируемые жидкости Rainbow имеют самые высокие концентрации многих элементов, обнаруженных в жерлах Азорских островов, таких как водород, переходные металлы, и редкоземельные элементы (РИЭ).[9] Предполагается, что из-за экстремального pH конечного элемента хлорид действует как доминирующий катион и поэтому образует множество слабых комплексов с другими элементами при высоких температурах. Эти комплексы становятся нестабильными при повышении pH или понижении температуры, в результате чего выделяются многие переходные металлы и РЗЭ.[14]

Наблюдаемый конечный член пробы жидкости, взятые на разных участках вентиляции, очень похожи марганец и магний концентрации, что предполагает общий источник тепла для вентиляционных отверстий. Однако в Rainbow может быть много источников тепла, учитывая сложную тектонику разломов и большое количество габбро и перидотита.[14]

Биология вентиляционного поля

Пример креветок, крабов и мидий, которые могут быть на поле Rainbow Vent.

Радуга была долгоживущей средой для микробной жизни с большим разнообразием археи и бактерии на вентиляционном поле.[24] Известно, что микробы используют энергию H2 газ и ЧАС2S окисление, с некоторыми хемотрофы принадлежащий к Асгардские археи дерево.[25] Археи Асгарда - это совсем недавнее открытие с теоретическим происхождением в эволюции между прокариоты и эукариоты.[26]

Некоторые из биогенных алканы обнаруженные в вентиляционных жидкостях, предполагают сульфидокисляющий бактерии или археи.[27] Тем не менее, есть также множество свидетельств абиотического производства органических и неорганических молекул в Rainbow, таких как метан и карбонат, который, возможно, поддерживал раннюю жизнь.[28] Из-за высоких температур, низкого pH и продолжительности работы вентиляционных каналов есть веские основания для зарождения жизни в местах, подобных массиву Радуга.[25]

Касательно макрофауна, Радужный массив поддерживает многие виды декаподы и моллюски, Такие как Alvinocarididae и Батимодиолус соответственно, кормление там, где богатые питательными веществами вентилирующие жидкости взаимодействуют с холодом батипелагический воды.[21] Радуга показывает окаменелости многих видов пузырчатка и тиазирид снаряды.[29] Окаменелости были датированы на других участках массива Радуга, с Городом-призраком, содержащим брюхоногие моллюски и останки моллюсков, возраст которых составляет около 111 000 лет. Богатые ракушками карбонаты были обнаружены в Кламстоне, возраст которых может составлять 25 000 лет.[6]

Использование и сохранение человеком

Радуга, как и все другие глубоководные вентиляционные системы, является местом узкоспециализированной биологии и чувствительных геологических структур. Благодаря своей значимости как доступной и образцовой ультраосновной системы, Rainbow является очень популярным местом для научных экспедиций, включающих в себя интрузивный долгосрочный мониторинг, манипуляции с окружающей средой и отбор геологических проб. Это также единственное вентиляционное поле на САХ, которое посещали туристы.[4][30] Из-за некоторых прожилок, руда добыча и добыча полезных ископаемых - это еще одна деятельность, которая может нарушить экосистемы массива.

У Rainbow непростая история с точки зрения сохранения, поскольку это место находится в пределах ОСПАР Приморский район и недалеко от Португалии исключительная экономическая зона аналогично другому вентиляционному полю Салдана.[31] Португалия не смогла отличить Rainbow от территории расширенного шельфа Азорских островов, что сделало ее непригодной для защиты OSPAR как место в открытом море.[4] В Всемирный фонд дикой природы (WWF) лоббировал защиту Rainbow в 2005 году, и с 2006 года Rainbow внесен OSPAR в список охраняемых морских заповедников с MPA Размер 22,15 км2.[3][32]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ German, C.R .; Thurnherr, A.M .; Knoery, J .; Charlou, J.-L .; Jean-Baptiste, P .; Эдмондс, Х.Н. (апрель 2010 г.). «Тепловые, объемные и химические потоки от подводной вентиляции: синтез результатов гидротермального поля Рейнбоу, 36 ° с.ш. (PDF). Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 57 (4): 518–527. Дои:10.1016 / j.dsr.2009.12.011.
  2. ^ а б c Mügler, C .; Jean-Baptiste, P .; Perez, F .; Чарлу, Дж. Л. (август 2016 г.). «Моделирование производства водорода серпентинизацией в гидротермальных системах с ультраосновными нейтронами: приложение к области Rainbow» (PDF). Геофлюиды. 16 (3): 476–489. Дои:10.1111 / gfl.12169.
  3. ^ а б «Гидротермальные источники». МОР Португалии. Получено 2018-05-11.
  4. ^ а б c Джоанна, Моссоп (2016). Континентальный шельф за пределами 200 морских миль: права и обязанности (Первое изд.). Оксфорд. ISBN  9780198766094. OCLC  968319849.
  5. ^ Перес, Флориан; Мюглер, Клод; Жан-Батист, Филипп; Шарлу, Жан Люк (10 ноября 2012 г.). «Совместное моделирование термиков и гидрогеологии с помощью кода Cast3M: приложение к гидротермальному полю Рейнбоу (Срединно-Атлантический хребет, 36 ° 14′N)». Вычислительные науки о Земле. 17 (2): 217–237. Дои:10.1007 / s10596-012-9327-х.
  6. ^ а б c d е ж Андреани, Мюриэль; Эскартин, Хавьер; Делакур, Адели; Ильдефонс, Бенуа; Годар, Маргарита; Даймент, Жером; Фаллик, Энтони Э .; Фуке, Ив (сентябрь 2014 г.). «Тектоническое строение, литология и гидротермальные признаки массива Радуга (Срединно-Атлантический хребет 36 ° 14′N)» (PDF). Геохимия, геофизика, геосистемы. 15 (9): 3543–3571. Дои:10.1002 / 2014gc005269. ISSN  1525-2027.
  7. ^ "MoMAR - ESONET, сеть передового опыта". www.esonet-noe.org. Получено 2018-05-11.
  8. ^ <бартв [ат] влиз.бе>. «Система данных MarBEF». www.marbef.org. Получено 2018-05-11.
  9. ^ а б c Douville, E; Charlou, J.L; Oelkers, E.H; Bienvenu, P; Джов Колон, C.F; Donval, J.P; Фуке, Y; Prieur, D; Appriou, P (март 2002 г.). «Радужные жерловые флюиды (36 ° 14'N, MAR): влияние ультраосновных пород и разделение фаз на содержание следов металлов в гидротермальных флюидах Срединно-Атлантического хребта». Химическая геология. 184 (1–2): 37–48. Дои:10.1016 / S0009-2541 (01) 00351-5.
  10. ^ "ИРИС". campagnes.flotteoceanographique.fr (На французском). Получено 2018-05-11.
  11. ^ «ВИКТОР 6000 - Флот Ифремера». flotte.ifremer.fr. Получено 2018-05-11.
  12. ^ "SEAHMA 1". campagnes.flotteoceanographique.fr (На французском). Получено 2018-05-11.
  13. ^ "MOMARDREAM-NAUT1-NAUT2". campagnes.flotteoceanographique.fr (На французском). Получено 2018-05-11.
  14. ^ а б c d е Сейфрид, W.E .; Pester, Nicholas J .; Дин, Канг; Грубый, Микаэлла (март 2011). «Химический состав вентилируемых флюидов гидротермальной системы Рейнбоу (36 ° с.ш., САХ): фазовые равновесия и контроль pH на месте процессов гидротермальных изменений под дном». Geochimica et Cosmochimica Acta. 75 (6): 1574–1593. Дои:10.1016 / j.gca.2011.01.001.
  15. ^ Фариас, Педро; Санто, Кристоф Эспириту; Бранко, Рита; Франсиско, Ромеу; Сантос, Сусана; Хансен, Ларс; Соренсен, Сорен; Мораис, Паула В. (2015-04-01). «Природные горячие точки для получения множественной устойчивости: устойчивость к мышьяку и антибиотикам у гетеротрофных, аэробных бактерий из морских гидротермальных жерловых полей». Прикладная и экологическая микробиология. 81 (7): 2534–2543. Дои:10.1128 / AEM.03240-14. ISSN  0099-2240. ЧВК  4357944. PMID  25636836.
  16. ^ Финдли, Алисса Дж .; Гартман, Эми; Шоу, Тимоти Дж .; Лютер, Джордж У. (сентябрь 2015 г.). «Концентрация и разделение следов металлов в первых 1,5 м шлейфов гидротермальных источников вдоль Срединно-Атлантического хребта: TAG, Snakepit и Rainbow». Химическая геология. 412: 117–131. Дои:10.1016 / j.chemgeo.2015.07.021. ISSN  0009-2541.
  17. ^ "ВЕНТ ГЕОЛОГИЯ". web.mit.edu.
  18. ^ Douville, E; Charlou, J.L; Oelkers, E.H; Bienvenu, P; Джов Колон, C.F; Donval, J.P; Фуке, Y; Prieur, D; Appriou, P (март 2002 г.). «Радужные жерловые флюиды (36 ° 14'N, MAR): влияние ультраосновных пород и разделение фаз на содержание следов металлов в гидротермальных флюидах Срединно-Атлантического хребта». Химическая геология. 184 (1–2): 37–48. Дои:10.1016 / с0009-2541 (01) 00351-5. ISSN  0009-2541.
  19. ^ Конн, Сесиль; Шарлу, Жан-Люк; Донваль, Жан-Пьер; Холм, Нильс G (2012). «Характеристика растворенных органических соединений в гидротермальных флюидах с помощью сорбционной экстракции с мешалкой - газовая хроматография - масс-спектрометрия. Пример: поле Рейнбоу (36 ° с.ш., Срединно-Атлантический хребет)». Геохимические операции. 13 (1): 8. Дои:10.1186/1467-4866-13-8. ЧВК  3518226. PMID  23134621.
  20. ^ Konn, C .; Charlou, J.L .; Holm, N.G ​​.; Мусис, О. (май 2015 г.). «Производство метана, водорода и органических соединений в ультраосновных гидротермальных жерлах Срединно-Атлантического хребта». Астробиология. 15 (5): 381–399. Дои:10.1089 / ast.2014.1198. ЧВК  4442600. PMID  25984920.
  21. ^ а б Desbruyères, D .; Biscoito, M .; Caprais, J.-C .; Colaço, A .; Comtet, T .; Crassous, P .; Fouquet, Y .; Хрипунов, А .; Le Bris, N .; Olu, K .; Riso, R .; Саррадин, П.-М .; Segonzac, M .; Вангрисхайм, А. (май 2001 г.). «Изменения в сообществах глубоководных гидротермальных источников на Срединно-Атлантическом хребте около плато Азорских островов». Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 48 (5): 1325–1346. Дои:10.1016 / S0967-0637 (00) 00083-2.
  22. ^ Жан-Батист, Филипп; Фурре, Элиза; Шарлу, Жан-Люк; Герман, Кристофер Р .; Рэдфорд-Нери, Джоэл (30 апреля 2004 г.). «Изотопы гелия на гидротермальном участке Рейнбоу (Срединно-Атлантический хребет, 36 ° 14′N)» (PDF). Письма по науке о Земле и планетах. 221 (1–4): 325–335. Дои:10.1016 / S0012-821X (04) 00094-9.
  23. ^ «1.22 Разделение фаз и критические точки - фазовые диаграммы и фазовые равновесия | Coursera». Coursera. Получено 2018-05-11.
  24. ^ Нерсессиан, Оливье; Фуке, Ив; Пьер, Екатерина; Приер, Даниэль; Жантон, Кристиан (май 2005 г.). «Разнообразие бактерий и архей, связанных с образцом богатых карбонатами металлосодержащих отложений из жерлового поля Рейнбоу на Срединно-Атлантическом хребте». Экологическая микробиология. 7 (5): 698–714. Дои:10.1111 / j.1462-2920.2005.00744.x. ISSN  1462-2912. PMID  15819852.
  25. ^ а б ТАКАЙ, КЕН; НАКАМУРА, КЕНТАРО; СУЗУКИ, КАЦУХИКО; ИНАГАКИ, ФУМИО; НИЛСОН, КЕННЕТ Х .; КУМАГАЙ, ХИДЕНОРИ (декабрь 2006 г.). «Связь Ultramafics-Hydrothermalism-Hydrogenesis-HyperSLiME (UltraH): ключевое понимание ранних микробных экосистем в архейских глубоководных гидротермальных системах». Палеонтологические исследования. 10 (4): 269–282. Дои:10.2517 / prpsj.10.269.
  26. ^ Каплан, Сара (12 января 2017 г.). «Мы всегда знали, что наши предки были микробами. Теперь мы их нашли».. Вашингтон Пост.
  27. ^ Simoneit, Bernd R.T .; Леин Алла Юрьевна; Пересыпкин, В.И .; Осипов, Г.А. (Май 2004 г.). «Состав и происхождение гидротермальной нефти и связанных липидов в сульфидных месторождениях поля Рейнбоу (Срединно-Атлантический хребет, 36 ° с.ш.)». Geochimica et Cosmochimica Acta. 68 (10): 2275–2294. Дои:10.1016 / j.gca.2003.11.025.
  28. ^ Макдермотт, Джилл М .; Seewald, Jeffrey S .; Герман, Кристофер Р .; Сильва, Шон П. (2015-06-23). «Пути абиотического органического синтеза на подводных гидротермальных полях». Труды Национальной академии наук. 112 (25): 7668–7672. Дои:10.1073 / pnas.1506295112. ЧВК  4485091. PMID  26056279.
  29. ^ Ларто, Франк; де Рафелис, Марк; Оливер, Грэм; Крылова, Елена; Даймент, Жером; Ильдефонс, Бенуа; Тибо, Реми; Gente, Паскаль; Хойсе, Ева; Мейстерцхейм, Анн-Лейла; Фуке, Ив; Гайль, Франсуаза; Ле Брис, Надин (август 2010 г.). «Ископаемые моллюски из осажденного жерлового поля, содержащего серпентиниты, недалеко от активного дымящего комплекса« Рейнбоу », MAR, 36 ° 13′N: взгляд на биогеографию жерловой фауны» (PDF). Геохимия, геофизика, геосистемы. 11 (8): н / д. Дои:10.1029 / 2010GC003079.
  30. ^ Стефан Люттер. «Радуга - потенциальный МОР». http://mobil.wwf.de/fileadmin/fm-wwf/Publikationen-PDF/Rainbow_Heisse_Tiefseequellen.pdf
  31. ^ На пути к стратегии для охраняемых морских районов открытого моря: материалы семинара экспертов МСОП, WCPA и WWF по охраняемым морским районам открытого моря, 15-17 января 2003 г., Малага, Испания. Гьерде, Кристина М., Брейде, Шарлотта., Международный союз охраны природы и природных ресурсов., Всемирная комиссия МСОП по охраняемым территориям., WWF (Организация), Фонд Дж. М. Каплана. Гланд, Швейцария: МСОП. 2003 г. ISBN  978-2831707327. OCLC  56647519.CS1 maint: другие (связь)
  32. ^ "OSPAR - Fiche d'identité d'une AMP". mpa.ospar.org. Получено 2018-05-11.

внешняя ссылка