Lost City Hydrothermal Field

Lost City Hydrothermal Vent Field
Lost City Hydrothermal Vent Field
En serie ventiler på Atlantis massivet .
	The Lost City har många hydrotermiska ventiler av karbonat, inklusive denna kritvita fläns.
Plats	Mid-Atlantic Ridge
Koordinater	Koordinater :
Område	500 kvadratmeter (5400 sq ft)
Max. elevation	−750 meter (−2 460 fot)
Min. elevation	−900 meter (−3 000 fot)

The Lost City Hydrothermal Field , ofta kallad Lost City , är ett område med marina alkaliska hydrotermiska öppningar som ligger på Atlantis massivet vid skärningen mellan Mid-Atlantic Ridge och Atlantis Transform Fault , i Atlanten . Det är en långlivad plats för aktiv och inaktiv ultramafisk -värd serpentinisering , som abiotiskt producerar många enkla molekyler som metan och väte som är grundläggande för mikrobiellt liv. Som sådan har det skapat vetenskapligt intresse som en utmärkt plats för att undersöka ursprunget till liv på jorden och andra planeter som liknar den.

Expeditionens historia

Hercules dykning i Lost City 2005

Den förlorade staden identifierades först den 4 december 2000, med hjälp av DSV Alvin och ROV ArgoII på kryssning AT03-60 på RV Atlantis . Kryssningen varade i 34 dagar, under vilken fotografier och skorstensprover togs.

Upptäckten av den förlorade staden fick National Science Foundation att finansiera en andra 32-dagars resa (AT07-34) till platsen 2003 för att använda Alvin och det autonoma fordonet ABE med större tonvikt på vetenskaplig provtagning och skapande av en högupplöst batymetrisk karta över ventilationsfältet. ABE skulle delta i en kombinerad 17 dykexpeditioner inklusive uppföljningsbesök, skapa en batymetriprofil för 3,3 kvadratkilometer (1,3 kvadratkilometer) av massivet.

Det första besöket av Integrated Ocean Drilling Program ägde rum med Expedition 304 i slutet av 2004, när en serie hål borrades in i Atlantis Massif för att samla upp stora kärnor av sten från platsen. Expedition 305 följde efter i början av 2005 och 340T 2012.

I juli 2005 utforskades Lost City i nio dagar av Hercules och Argus på National Oceanic and Atmospheric Administration- fartyget Ronald H. Brown , med video streamad live till University of Washington i Seattle . Lost City utforskades också på kryssning 50 av Akademik Mstislav Keldysh , som hade större tonvikt på att utforska nedförsbacke söder om ventilfältet. RV Knorr seglade till Atlantis Massif i maj samma år för hydroakustiska mätningar av potentiell seismisk aktivitet. Dessutom genomfördes den franska EXOMAR -kryssningen på fartyget L'Atalante i juli och augusti 2005 för att studera extremofil biologisk mångfald i djuphavsmiljöer.

2015 besökte International Ocean Discovery Program Expedition 357, som betonade borrning på Atlantis Massif för att utforska off-axis cirkulation. En serie borrhål lämnades kvar efter att kärnor från nio olika platser togs, vilka provtogs av Niskin-flaskor . Borrhålspluggar installerades på två platser för att möjliggöra framtida försök att ta prov på borrhålsvätskor.

Instrument på ROV Jason 2018

genomfördes den franska TRANSECT -kryssningen på L'Atalante med hjälp av ROV VICTOR för att samla in en mängd olika mätningar och prover. Följande månad genomfördes en amerikansk kryssning AT42-01, med smeknamnet Return to the Lost City , för att återbesöka ventilationsfältet efter många år, med många medlemmar av det ursprungliga upptäcktsteamet 2000. Fotografier, omgivande gaser, celler för kulturer, sten, ventileringsvätska, och omgivande havsvattenprover samlades med användning av ROV Jason II och en CTD Niskin- rosett . Uppdragets huvudmål var att samla in biologiska och geokemiska prover för forskning om energikällor för mikrobiellt liv. De följde också upp 2015 års borrhålsexpedition genom att försöka ta prover från de borrade hålen för tillgång till kvarvarande vätskor.

Geografi

Karta över den förlorade staden på Atlantis massivet

Lost City ligger i Nordatlanten på havsbottenberget Atlantis Massif , som är ungefär lika stort som Mount Rainier . Platsen beskrivs som ett långlivat ventilationsfält, som uppskattas vara äldre än 120 000 år genom att radiokol datera fältets äldsta skorstensavlagringar. Detta är dock betydligt yngre än själva Atlantismassivets ålder, som kan vara så gammal som två miljoner år. Lost City ligger på en hylla cirka 70 meter (230 ft) under bergstoppen på ett djup av cirka 750–900 m (2 460–2 950 ft), med en ungefärlig yta på 500 kvadratmeter (5 400 sq ft). Själva massivet kan ha sitt ursprung på ett liknande sätt som många andra havskärnkomplex .

Lost City är en plats som domineras av branta klippor i söder, skorstenar och högar av karbonatmaterial avsatt från skorstenar som kollapsar när de åldras. Breccia , gabbros och peridotiter dominerar bergarter när man manövrar bort från fältet, som är benägna att massförslösas när batymetrin blir brantare. Massförödande händelser från det förflutna framgår av rikliga bränder på bergets sluttning. Skräp tenderar att samlas på områden som inte är brantare än 60 grader som avgränsar fältet, och kan genomgå litifiering beroende på hur långt det är beläget från Lost City.

Av de 30 aktiva och inaktiva ventilationsskorstenarna är Posidon den största och mest studerade inom ventilationsområdet. Posidon är cirka 60 meter (200 fot) hög och 100 meter (330 fot) bred och har många öppningar som ventilerar heta vätskor. Ventilen med smeknamnet Beehive , för dess distinkta form vid upptäckt, är ungefär en meter hög och lokaliserad på södra sidan av Posidon . Dessutom IMAX- tornet cirka 8 meter (26 fot) högt på norra sidan av Posidon , även om skorstenen har stalagmitliknande utväxter som är så höga som 30 meter (98 fot). IMAX har en stor fläns som fångar upp het, läckande vätska och har en mycket tydlig biofilm som verkar inuti den.

Andra skorstenar, som Ryan och Nature öster om Posidon , har också fläns- och bikupaliknande strukturer, även om de är betydligt mindre och ventilerar betydligt mindre än Posidon . Flera inaktiva ventiler finns cirka 100 meter (330 fot) söder om Posidon , även om de bara står några få meter höga.

Eftersom platsen för massivet är på ett långsamt till ultralångsamt spridningscentrum , finns det ett stort antal förkastningar som löper genom ventilationsfältet. Många förkastningar, speciellt på södra sidan, är normala högvinklade förkastningar som kan döljas av skräp. De flesta av de ventiler som hittas tenderar att löpa från öst till väst, troligtvis på grund av orienteringen av förkastningslinjer under fältet.

Två utdöda fält ligger cirka 300 meter (980 fot) väster och 450 meter (1 480 fot) sydväst om det centrala ventilationsfältet på djup av 1 000 meter (3 300 fot) eller mer. De har inaktiva ventiler som liknar Posidons profil med en talus (scree) avlagring som skiljer dem från det centrala ventilfältet, även om de inte har utforskats lika aktivt. Det antas från åldrarna för insamlade prover att hett vätskeflöde migrerade från söder till norr där Posidon för närvarande finns.

Strontium- , kol- och syreisotopdata och radiokolålder dokumenterar minst 30 000 år av hydrotermisk aktivitet som drivs av serpentiniseringsreaktioner vid Lost City, vilket gör Lost City äldre än alla kända svarta rökventiler med minst två storleksordningar.

Geologi och kemi

Alkaliska hydrotermiska ventiler som de i Lost City är endast ytligt relaterade till vulkaniska svarta rökventiler; de två typerna av ventiler är kanske bättre beskrivna av deras skillnader än deras likheter. Även om båda typerna ofta finns nära oceaniska spridningscentra, skapas inte alkaliska hydrotermiska öppningar av vulkaniska processer. De släpper ut metan och diatomiskt väte i det omgivande vattnet; de producerar inte betydande mängder koldioxid , vätesulfid eller metaller, som är de viktigaste utsläppen av vulkaniska svarta rökventiler. Temperaturen och pH-värdet på vattnet som omger de två typerna av ventiler är också signifikant olika.

Mineralogi

Mid-Atlantic Ridge spridningscentrum drar isär litosfären , vilket skapar normala förkastningar som exponerar bergarter under ytan för havsvatten.

Olivine, mineralet som ansvarar för Lost Citys serpentinisering.

Atlantismassivet beskrivs som ett ultramafiskt havskärnkomplex av Mid-Atlantic Ridge, där övre mantelberget exponeras för havsvatten genom förkastning från tektonisk förlängning i samband med oceaniska spridningscentra. Halvhastigheten för spridning är ungefärlig till cirka 12 mm/år, vilket klassificerar den som en ås som sprider sig långsamt. Seismiska händelser av Richter magnitud 4 och 4,5 har upptäckts vid massivet.

De dominerande mineralerna som finns i Lost City är ultramafiska, huvudsakligen sammansatta av olivin och pyroxen med mycket litet kiseldioxidinnehåll . Peridotit (främst spinel harzburgite ) mineraler genomgår serpentinisering och bildar magnetit och serpentin mineraler . Eftersom lite eller ingen koldioxid eller metaller frigörs i ventileringsvätskorna, ser Lost City ut som en icke-rökare , med få partiklar för att ge ett rökigt utseende.

När porvattnet väl har genomträngt ytan och återgår till ytan, bildas aragonit- , brucit- och kalcitskorstenar när kalciumkarbonater faller ut ur lösningen. Yngre skorstenar är främst brucit och aragonit, som är vita och flagnande till utseendet. När ventilerna mognar minskar porositeten när utfällningar täpper till vätskevägar. Mineralsammansättningar förändras med aragonit som efterföljs av att kalcit och brucit avlägsnas genom upplösning, och skorstenarna mörknar till en grå eller brun färg.

På sidan av Atlantis Transform Fault slutar Atlantis Massif-väggen cirka 740 meter (2 430 fot) under havsytan, där bergarter deformeras till olika mylonitiska bergarter med deformationstygmineraler av talk, tremolit och bandserpentin.

Serpentinisering

Lost City är en exemplarisk plats för studier av abiotisk metanogenes och hydrogenes, eftersom serpentiniseringsreaktioner producerar metan och väte. Komplettera Fischer-Tropsch- reaktioner;

+ + → + +

()

+ → + +

()

Reaktionerna är exoterma och värmer det omgivande vattnet via reaktionsuppvärmning, även om vätsketemperaturerna fortfarande är relativt låga (40°–90°C) jämfört med andra hydrotermiska system. Dessutom höjs det lokala pH-värdet till värden över 9, vilket möjliggör kalciumkarbonatfällning. Eftersom serpentiniseringen är särskilt omfattande är koldioxidhalterna också mycket låga. Låg temperatur, koldioxidkoncentrationer, liksom det låga vätesulfid- och metallinnehållet i plymen gör ventilerna svårare att identifiera från CTD-mätningar eller optiska backscatter-metoder.

Biologi

Desmofyllum har observerats vid Lost City-fältet

Lost City och andra hydrotermiska ventilationssystem stödjer väldigt olika livsformer på grund av Lost Citys unika kemi. En mängd olika mikroorganismer lever i, på och runt ventilerna. Methanosarcinales -liknande arkéer bildar tjocka biofilmer inuti ventilerna där de lever på väte och metan; bakterier relaterade till Bacillota lever också inuti ventilerna. Externt till ventilerna oxiderar archaea , inklusive den nyligen beskrivna ANME-1, och bakterier, inklusive Pseudomonadota , metan och svavel som sina primära energikällor. ^{[ citat behövs ]}

Den förlorade staden stöder också en mängd små ryggradslösa djur som är associerade med karbonatstrukturerna, inklusive små koraller , sniglar , musslor , polychaetes , amfipoder och ostracods . ^{[ citat behövs ]} Desmofyllumkoraller och nematodmaskar har observerats leva på karbonatskorstenarna. Andra djur som rörmaskar och jättemusslor som finns i överflöd i typiska svarta rökventiler är dock frånvarande från Lost City. En mängd olika krabbor , räkor , havsfans och maneter har också observerats på fältet.

Makrofauna är sällsynt runt ventilationsfältet, även om större organismer besöker fältet ibland. Besökare kan inkludera vrakfiskar , grenadjärer och till och med hajar . Piltandsål har observerats vid Lost City-fältet, som har ett enormt djupområde på -120 meter (-390 fot) till -4 800 meter (-15 700 fot).

Betydelse

Lost City ger geologer, kemister och biologer ett fungerande ekosystem för studier av liv i extrema miljöer och andra processer som drivs av abiotisk produktion av metan och väte genom serpentinisering .

Likheter med andra platser

Lost City-ventilfältet delar ett antal egenskaper med Prony Bay- ventilfältet nära Nya Kaledonien i Stilla havet. Båda är platser med måttlig temperatur som producerar rikligt med vätgas och metan. Prony Bay är dock betydligt grundare (mindre än 50 meter (160 fot)) än Lost City (cirka 800 meter (2 600 fot)). Det är värd för unik biologi, inklusive extremophilen Alkaliphilus hydrothermalis .

En liknande alkalisk hydrotermisk öppning, Strytan Hydrothermal Field, har identifierats utanför Islands norra kust.

Von Damm Vent-fältet som finns i Karibiska havet är också beläget på toppen av ett havskärnkomplex.

Livets ursprung

Spekulationer har erbjudits om att uråldriga versioner av liknande alkaliska hydrotermiska ventiler i havet på en ung jord var födelseplatsen för allt liv, vilket utgör planetens ursprungliga abiogenes . Den fria vätgasen som produceras, metalliska katalysatorer som överensstämmer med en järn-svavelvärldsteori, tornens mikrocellulära fysiska struktur och tillgänglig hydrotermisk energi kan troligen ha tillhandahållit en miljö för början av icke-fotosyntetiska energicykler som är gemensamma för de mest primitiva mikroorganismer och organiska molekyler. Mikroskopiska strukturer i sådana alkaliska ventiler "visar sammankopplade fack som ger en idealisk kläckningsanläggning för livets uppkomst".

Dessa alkaliska hydrotermiska ventiler genererar också kontinuerligt acetyltioestrar , vilket ger både startpunkten för mer komplexa organiska molekyler och den energi som behövs för att producera dem. Men denna uppfattning avvisades av japanska forskare från Earth-Life Science Institute (ELSI), Tokyo Institute of Technology . De visade att på grund av den höga fria energiförändringen av tioesterhydrolys och deras motsvarande låga jämviktskonstanter, är det osannolikt att dessa arter kunde ha ackumulerats abiotiskt i någon betydande utsträckning i Lost City-fälten.

Förhållandena i Lost City är särskilt oroande på grund av de olika typerna av extremofiler som finns. Lost City-mikrober är polyextremofiler, som passar beskrivningen av alkalifiler, måttliga piezofiler och termofiler i en miljö utan solljus. Kombinationen av olika extremofila element tyder på att Lost City-organismer är mer extrema än på andra platser, vilket gör dem till särskilt intressanta ämnen för studier av livets krav.

Med tanke på att de enda kraven för serpentinisering är olivin och havsvatten, kan platser som Lost City teoretiskt existera på utomjordiska kroppar med flytande vatten som Europa och Enceladus .

En besökande haj på Lost City-fältet

I populärkulturen

Lost City är med i Disney 3-D IMAX -filmen Aliens of the Deep . IMAX-flänsen var namnlös innan dokumentären släpptes, men är extremt igenkänd i filmen och fick därefter smeknamnet för videoformatet som spelades på biografer .

Lost City är också med i avsnitt 2 av BBC:s dokumentär Blue Planet II .

Galleri

Bilder på Lost City

En vit karbonatspira i Lost City ventilationsfält.
Hercules manövrerar runt steniga spiror.
Vy över en fläns från underlivet på en ROV.
Varma ventilationsvätskor som kommer från det orörda insidan av en trasig fläns.
Järnplåtar föll på havsbotten som barlast .
En 9,1 meter (30 fot) skorsten vid Lost City.
En anemon som växer på karbonatskorstenssten.
Källarsten är grunden för den mesta serpentiniseringen i den förlorade staden.
Korall som växer på karbonatskorstenssten.
En skorsten dyker upp från mörkret vid Lost City-fältet.
En djuphavsfläkt.