Hydrotermisk montering

De hydrotermiske bjerge , pejse hydrotermisk , hydrotermiske væld eller rygere er hydrotermiske væld placeret på aksen af dorsale havet og tæt ved back-arc bassiner . De er en konsekvens af bevægelserne af tektoniske plader . De evakuerer noget af jordens indre varme . Det var i 1977, at disse bjerge og det frodige liv under vandet, der var forbundet med dem, blev opdaget på Galapagosøerne af den amerikanske nedsænkelige Alvin . Dette økosystem er baseret på primærproduktionleveret af kemosyntetiske bakterier, der lever gratis eller i symbiose med organismer.

Historisk

I 1949 opdagede en dybt vandmåling unormalt varme saltlager i den centrale del af Rødehavet . Senere, i 1960'erne , bekræftede anden forskning den enestående tilstedeværelse af varmt vand ( 60  ° C ) og metalliske forbindelser, der kom fra en kløft .

Undersøiske hydrotermiske systemer blev endelig opdaget i 1977 af den amerikanske ubåd Alvin , en 16-tons nedsænket, udstyret til forskning i afgrunden. Under et dyk på niveau med Ecuador opdagede geologerne Jack Corliss og Tjeerd van Andel ledet af Jack Donnelly, piloten,17. februar 1977, ved aksen til den oceaniske højderyg på Galapagosøerne , vigtige mineralstrukturer, der ligner termithøje, i en dybde på 2.630  m . De bemærker, at en væske fyldt med mineraler, metan og hydrogensulfider undslipper. Under et efterfølgende dyk, der blev udført i 1979 på det samme område og med det samme nedsænkelige, fandt biologer et hidtil uset økosystem, der udnyttede mineralerne og varmen fra de hydrotermiske ventilationskanaler som basis for en fødekæde baseret på kemosyntese. Bakteriel. “Livets oase”, i et miljø, hvor totalt mørke hersker og et betydeligt hydrostatisk tryk, er rig og varieret: forskere opdager nye arter af toskallede , afgrundsfisk , krebsdyr og blæksprutte i visse områder. Tidligere ørkenens tanker. Nye dykningskampagner gjorde det muligt at studere disse atypiske miljøer i dybden. Mellem 1982 og 1999 blev der således udført ni krydstogter af Ifremer ud for kysterne i Californien og Mexico.

Det antages, at der kunne findes hydrotermiske åbninger på Enceladus (en måne af Saturn ) og på Europa (en måne af Jupiter ).

Dannelse af hydrotermiske systemer

Hvordan hydrotermiske ventilationskanaler fungerer

Hydrotermiske monteringer og mere generelt alle oceaniske hydrotermiske fænomener er en indirekte konsekvens af optagelses- og forlængelsesfænomener observeret på niveau med tektoniske plader. Det er af denne grund, at hydrotermiske ventilationskanaler findes på niveau med mellemhavsrygge. I disse rum stiger magmaen og danner magmatiske kamre et par kilometer dybt. Når det afkøles, krymper det og danner sprækker i havskorpen. Havvandet, koldt (omkring 2  ° C ), infiltrerer gennem disse sprækker til dybden og opvarmes nær den varme magma (næsten 1.200  ° C ). Under virkningen af ​​trykket stiger dette varme vand mod havbunden og vasker de stødte sten væk; denne effekt forstærkes af de høje temperaturer og tryk, der øger vandets opløselighed. Det bliver surt og beriget med metalelementer.

Sammensætningen af ​​den udsendte hydrotermiske væske varierer med temperaturen og klippenes natur, der opstår under opstigningen til havbunden og adskiller sig fra havvand, iltet og svagt alkalisk. Ved udløbet fluidet karakteriseret ved dets høje temperatur ( 350  til  400  ° C ), en sur pH (2), høje koncentrationer af opløste gasser ( H 2 S, CH 4, CO , CO 2, H 2 ) og metalioner ( Si + , Mn 2+ , Fe 2+ , Zn 2+ ) samt en markant anoksi (dvs. fravær af oxygen). På den anden side har den lave koncentrationer af fosfationer ( PO 4 3-), Magnesium ( Mg 2+ ), nitrat ( NO 3- ) og sulfat ( SO 4 2- ). Deres saltholdighed er meget variabel (mellem 0,1 og 2 gange den for havvand).

Da der blev opdaget hydrotermiske strukturer i 1970'erne, blev væskens sammensætning anset for at være relativt konstant og stabil. Det er nu fastslået takket være opdagelsen af ​​nye steder, at væskens sammensætning er meget variabel. Dens sammensætning, temperatur og gennemstrømningshastighed varierer med fortyndingsniveauet for havvand, inden de forlader; det adskiller sig derfor mellem steder eller endda mellem flere kilder på det samme sted. Over tid kan væsken beholde den samme sammensætning i op til ti år eller udvikle sig langsomt eller hurtigt.

Afhængig af sammensætningen af ​​den hydrotermiske væske er der to forskellige typer rygere: sorte rygere med varm hydrotermisk væske og rig på svovl såvel som hvide rygere, hvis væske er mindre varm og ikke indeholder partikler.

Hydrotermiske åbninger fodrer havene med jern , og hvis dette jern stiger til overfladen, fremmer det væksten af fytoplankton . Således deltager de i den biologiske pumpning af kulstof . Imidlertid forbliver knap 0,2% af jernet leveret af undersøiske kilder opløseligt. Rygere og især sorte rygere repræsenterer ægte oaser af livet i bunden af ​​havene. Organismer har tilpasset sig og udnyttet varmen og svovlet fra disse hydrotermiske ventilationskanaler.

Virkninger på havbunden

I de øverste lag af havbunden, basalter , gabbro og peridotites præsentere ændrede mineraler som følge af udvaskning og opløsning af havvand. Således plagioclases omdannes til lerarter, pyroxener og oliviner af de the serpentine . De er hydratiserede, det vil sige de har hydroxidradikaler (OH - ) forsynet med vand.

Desuden cirkulationen af havvand i havbundsskorpen har den virkning at evakuere varme fra havbunden, og derfor mere generelt at af jorden, som følge af desintegration af radioaktive grundstoffer fra kappen og fra jorden. Tilvækst af planetoids og små korn af stof fra soltågen for 4,6 milliarder år siden.

Skorstenshøjde

Under udsendelsen støder den varme væske på koldt havvand og forårsager successiv udfældning af mineraler afhængigt af deres stabilitet under de fysisk-kemiske forhold. En hydrotermisk udluftning dannes derefter ved kilden og stiger i koncentriske strukturer. Denne træning finder sted i flere faser.

Først ved emission en porøs baritmatrix ( BaSO 4) Og anhydrit ( CaSO 4) er dannet af sulfationer i havvand, frit i den hydrotermiske væske. Bygningen vokser lodret og beriger sig udefra med svovlholdige metalaflejringer (jern, kobber og zink). Lidt efter lidt fører denne aflejring til tilstopning af de oprindelige porøse matricer, og der dannes en fysisk "grænse" mellem væsken og det omgivende vand.

For det andet forårsager den laterale "lukning" af kilden en stigning i temperaturen i hjertet af skorstenen. Jernsulfider (pyrit, marcasit, pyrrhotit, chalcopyrite, isocubanite) og kobber udfældes inde i skorstenen for at danne den centrale kanal. Gradvist vokser strukturen sideværts med erstatningen af ​​anhydritten med sulfider, som er mere stabile under de nye temperaturforhold i stakken; mineraler organiserer sig i koncentriske strukturer.

Endelig i løbet af rygerens "liv" kan den hydrotermiske væskes sti variere ved hjælp af et væld af hulrum og kanaler. Denne mangfoldighed kan føre til dannelse af laterale forlængelser eller “flanger”. Rygernes dimensioner varierer mellem 70 og 100  m i højden for en diameter i bunden af ​​25 til 100  m .

Strukturer ændres over tid, og rygere er kortvarige: de kan vare fra 10 til 100 år, skønt yngre rygere (mellem 1 og 5 år gamle) kan eksistere i meget aktive områder. De kan faktisk kollapse, eller kanalen kan blive blokeret af nedbør af mineraler. Det aktive område langs rygraden kan skifte og få nye rygere til at dannes og gamle forsvinde. Således kan et sted, der er set af forskere under en mission, være forsvundet, før en ny mission returneres der.

Placering af hydrotermiske systemer

Hydrotermiske systemer er placeret på dybder, der varierer mellem 700 og 4000 meter. De er generelt placeret i områder med høj tektonisk aktivitet, såsom langs Mid-Atlantic Ridge , East-Pacific Ridge eller back-arc bassinerne i det vestlige Stillehav. De mest udforskede steder er dem i Stillehavet, hvor der er gennemført adskillige oceanografiske kampagner (f.eks. PHARE 2002, AMISTAD i 1999) siden opdagelsen af ​​de hydrotermiske åbninger. Af de 60.000  km havkanter, der udgør kloden, er der kun udforsket nogle få hundrede kilometer til dato. Mange steder er derfor stadig at opdage.

Rainbow hydrotermiske sted blev opdaget i 1997 under FLORES dykningskampagne udført i fællesskab af fem europæiske lande (Frankrig, Storbritannien, Belgien, Portugal, Irland). Det er placeret ved 36 ° 13 ′ 39 ″ N, 33 ° 54 ′ 20 ″ V på niveauet af det nordlige segment af Midt-Atlanterhavsryggen , i en outcrop zone af ultramafiske klipper  ; forskning førte kun til opdagelsen af ​​en basaltven en kilometer mod øst. Temperaturen på den udsendte hydrotermiske væske er 360  ° C , hvilket på grund af temperaturen i det omgivende vand ( 3,7  ° C ) fører til en intens nedbør af mineraler. Feltet dækker et areal på 15.000  m 2 (250 × 60  m ).

Lost City hydrotermiske sted blev opdaget idecember 2000. Beliggende midt i Atlanterhavet ved 30 ° 07 ′ N, 42 ° 07 ′ V , adskiller dens egenskaber sig fra andre hydrotermiske ventilationskanaler. Den er dannet af metan- og brintventiler, der ikke producerer betydelige mængder kuldioxid, hydrogensulfid eller metaller. De kemiske reaktioner resulterer i en serpentinisation alkalisk pH (mellem 9 og 11) og lav temperatur på 40  til  91  ° C . Skorstene, hvide, er lavet af carbonater og kan stige op til 60  m i højden.

Stedet Lucky Strike ligger sydvest for Azorerne i portugisiske farvande i Midatlantiske Ridge ved 37 ° 18 'N, 32 ° 16'W . Det blev opdaget i 1993 under FAZAR-kampagnen i en dybde på 1.700  m . De 21 skorstene strækker sig over et areal på 150.000  m 2 , omkring en caldera omkring lava sø af en gammel vulkan ca. 450  m i højde for 13 og 7 km i størrelse på sin base. Sammensætningen af ​​den hydrotermiske væske, der udsendes ved en temperatur på 333  ° C , er original ved tilstedeværelsen af ​​en stor mængde methan og ved manglen på sulfider; stedet kontrolleres af lavasøen, som er frisk.

Det transatlantiske Geotraverse-sted (TAG) er placeret ved 26 ° 08 ′ N, 44 ° 49 ′ V , i en gennemsnitlig dybde på ca. 3.645  m i Atlanterhavet og placerer det direkte på den oceaniske, basaltiske skorpe, der ældes ved sin 100.000 år gammelt niveau. Det hydrotermiske felt ligger på en 250 m bred bakke  .

Sorte rygere

En sort ryger udsender svovlholdigt vand (metalsulfid) ved en meget høj temperatur ( 350  ° C ). Væsken undergår ikke fortynding med havvand før emission. Den sorte farve af den udsendte hydrotermiske væske kommer fra dens høje jern- og manganindhold.

Hvide rygere

Hvide rygere (eller "diffusorer") dannes, når den hydrotermiske væske støder på koldere vand på vej op til kontinentalsokkelen, det vil sige når den fortyndes med havvand inden udstillingen; mineralerne udfældes på dette tidspunkt. De udsender vand indeholdende barium og calciumsulfat . Udløbstemperaturen er lavere end for sorte rygere (mindre end 280  ° C ), ligesom diffusionshastigheden (mellem 0,1 og 0,5  m / s ), der finder sted gennem mange små kanaler på grund af fraværet af en central kanal på denne type af ryger. Væsken kan være hvid eller gennemsigtig; i sidstnævnte situation har den 20% saltindhold, men indeholder ikke partikler. Den endelige bygning er rig på zink; dens matrix er hovedsageligt sammensat af zink og jernsulfider uden anhydrit og med lave jernkoncentrationer.

Hydrotermiske ventilationskanaler

Livet i de hydrotermiske udluftninger er mod alle odds frodige. I et afgrundsmiljø ved mindre end 2  ° C , et højt hydrostatisk tryk (mellem 100 og 500  bar), har store levende samfund udviklet sig, mens der ikke er nogen primær fotosyntetisk produktion, grundlaget for alt økosystem, i fravær af lys . Opdagelsen af økosystemet forbundet med hydrotermiske ventilationskanaler ændrede kendskabet til datidens biologi og især overbevisningen om, at makroskopisk liv var umuligt uden lys. På niveau med hydrotermiske ventilationskanaler sikres primærproduktion af kemosyntetiske mikroorganismer . Disse kemilithotrofe organismer bruger den kemiske energi af opløste salte til at udføre funktionen af ​​fotosyntese i planter. De udgør således det første led i fødekæden, som primære forbrugere spiser på. Der er også symbiotiske foreninger , hvor symbioten bringer energi til værten.

Livet er lokaliseret omkring udsendelsespunkterne for de hydrotermiske væsker, der blandes med havvandet. Der er en temperaturgradient, når man bevæger sig væk fra udledningsstedet for væskerne, og man kan finde hot pole dyresamfund og varm pole dyr samfund.

Levende organismer

Hydrotermiske åbninger er vært for en højt specialiseret mikroskopisk og makroskopisk population. Således er de arter, der observeres i disse miljøer, ofte endemiske  ; ud af mere end 440 arter, der blev opdaget før 1997, kan 91% kun leve eller reproducere omkring hydrotermiske ventilationskanaler (ifølge tilgængelig viden).

Blandt mikroorganismerne kan vi skelne mellem ekstremofiler ( bakterier og arkæer ), som kan formere sig så tæt på skorstenen som muligt ved meget høje temperaturer og ofte tryk, og termofiler , der lever i fri form i den hydrotermiske væske. Dette er tilfældet med Thermococcales , såsom slægterne Pyrococcus og Thermococcus , og Archaeoglobales . Nogle er også barofile , såsom Pyrococcus abyssi . Flere mesofile bakterier vokser på de omgivende klipper og danner måtter som Beggiatoa og Thiothrix . De fleste af disse mikroorganismer udvikler i ekto- eller endo- symbiose med de Abyssal fauna kolonisere nærheden af skorstene.