Rainbow Vent Field
Rainbows hydrotermiska ventilationsfält är ett system av ultramafiska hydrotermiska ventiler belägna vid 36°14'N på Mid-Atlantic Ridge ( MAR). Det upptäcktes 1994 från temperaturavläsningar av tio högtemperatursvarta rökare på ett djup av cirka 2,3 kilometer (1,4 mi), där vätskor kan överstiga 365 °C (689 °F). Platsen är grundare och större i yta än många andra ventilationsfält längs Azorerna i MAR med en yta på 1,5 kvadratkilometer (370 acres). Beläget 370 km (229.91 mi) sydost om Faial Island , är det en populär geokemisk provtagnings- och modelleringsplats tack vare närheten till Azorerna och den definitiva representationen av serpentinisering från hydrotermisk cirkulation och syntes .
Ventilationsgeologi, biologi och vätskeinnehåll gör Rainbow jämförbar med andra heta hydrotermiska ventiler på Azorerna som Lucky Strike och Menez Gwen. Dock; kloritet , metallkoncentration och pH skiljer den från närliggande ventilationsfält. Som ett hett, ultramafisk-värd ventileringsfält är pH-nivåerna för vätskor extremt låga med mycket H 2 och CH 4 som genereras från vatteninteraktioner med mafiska magmatiska bergarter .
Även om det inte övervägs aktivt för utveckling, ligger Rainbow inom MoMAR (Monitoring of the Mid Atlantic Ridge) undersökningsområde för ett marint observatorium.
Upptäckt och expeditioner
Rainbow har haft ett antal besök sedan den första upptäckten 1994. Fjärrstyrda fordon (ROVs), nedsänkbara och konduktivitetstemperaturdjupssonder (CTD) har utplacerats för att ta prov, karakterisera och utforska ventilationsfältet.
- Rainbow identifierades första gången 1994 från TOBI sidoscanning av ekolod och CTD - data på HEAT Cruise, som gav regnbågsmassivets batymetriska geomorfologi .
- Premier vätskeprovtagning skedde under FLORES kryssning 1997, även provtagning Azorerna MAR platser Menez Gwen och Lucky Strike.
- Området undersöktes mer i detalj 2001 på IRIS-kryssningen, vilket markerade en debut inom magnetism, gravimetri och vattenprovdata från ROV Victor 6000 . Viss provtagning av ventilationsvätska och gas utfördes också på IRIS-kryssningen 2001.
- 2002 genomfördes SEAHMA 1-kryssningen för att prova geologi och biologi vid Azorernas trippelkorsning där de afrikanska, eurasiska och nordamerikanska plattorna möts.
- På MoMARDREAM-kryssningarna 2007 och 2008 användes ROV Victor och nedsänkbar Nautil för att samla in en mängd olika geologiska prover. Under MoMARDREAM-kryssningarna samlades totalt 29 muddrar (14 från 2007, 15 under 2008) in.
- Vätskeprovtagning utfördes också på kryssningen KNOX18RR 2008, med prover som samlades in av ROV Jason .
- 2009 såg den första portugisiska resan till regnbågsmassivet från EMEPC/LUSO/2009-expeditionen för att studera Azorernas ventilationsbiologi.
- Under 2012 utvärderades spårmetaller från många fältstudier av MAR med R/V Knorr och ROV Jason II .
Geologisk miljö
Rainbow ligger på ett massivt på 2 275–2 335 m (7 464–7 661 fot) djup, delat med två fossila (för det mesta inaktiva) utloppsplatser Ghost City och Clamstone. Som en långsamt spridande ås med cirka 2,2 cm/år, har omfattande förkastningar lyft upp gabbro och peridotit och exponerat ultramafisk berg för kallt havsvatten. Förkastning kan också vara ansvarig för jordbävningar på magnituden 3 - 3,5 som observerats i hydroakustiska data, vilket tyder på att regionen är tektoniskt aktiv. Till skillnad från basaltsystem med hög temperatur är denna ultramafiska inställning associerad med en positiv magnetisk anomali ; antas komma från magnetitutfällning . Den aktiva Rainbow-platsen uppvisar många aktiva och inaktiva skorstenar vid serpentiniserade peridothällar, som kan särskiljas från sedimenttäcket antingen genom att de sticker ut från sedimentet eller vid en scarp . Kloridkoncentrationer från ventilationsvätskor tyder på en vanlig värmekälla för platsen, även om värmekällornas placering och geometri är okänd.
Hydrotermisk cirkulation
På grund av den omfattande förkastningen vid regnbågsmassivet kan kallt havsvatten tränga djupt ner i havsbotten. Vatten cirkulerar längs en förkastningslinje och reagerar aktivt med olika sediment- och berglager tills det värms upp av en underliggande värmekälla. När den värms upp kan den genomgå en fasövergång - vilket ofta resulterar i dramatiska förändringar av vätskekemin. Överhettade ventilationsvätskor stiger sedan och stöts ut från havsbotten, där en dramatisk temperatursänkning från kallvattenblandning kan göra att vissa flytande kemikalier fälls ut och bildar skorstenar.
Med relativt lite basalt inom en kilometer från ventilationsfältet kommer de flesta reaktioner som påverkar ventilationsvätskorna under hydrotermisk cirkulation från olika grader av serpentinisering och ådring av peridotiter. Olivinrika bergarter som troktoliter genomgår betydande förändringar och ersätts delvis av serpentin och magnetit. Det finns bevis på högtemperaturförändring av serpentiniter på vissa prover med redan existerande serpentinit, vilket visar övertryck av serpentiniter med högre järnhalt. Myloniska peridotiter vid ventilationsfältet visar plastisk deformation sedan övertryckt av serpentin och klorit .
Rainbow uppvisar mycket sura ventilationsvätskor (pH ~2,8) från hydroniumjoner som frigörs från många ultramafiska berginteraktioner under ventilationscirkulationen. Vätskor innehåller också ett antal organiska kolmolekyler, från alkaner och fenol till komplicerade polycykliska aromatiska kolväten (PAHS) och biogena fettsyror . Dessa organiska kolmolekyler föreslår organismer som lever i ventilerna och utnyttjar kemosyntetiska reaktioner för att metabolisera . Serpentiniseringsreaktioner inträffar med hydrotermisk cirkulation som gör att vatten reagerar med heta järnhaltiga mineraler, frigör H 2 -gas och omvandlar basbergarten. Serpentinisering kan också vara ansvarig för en betydande mängd metan som produceras vid Rainbow.
Ventilationsvätskor är kända för att färdas många kilometer nordost från deras tillhörande ventiler och avsätta oreagerade element till havsbotten långt bort från deras källa.
Fasseparation
Fasseparation kan inträffa när havsvatten värms upp till en tillräckligt hög temperatur, det kommer att bilda en andra fas. Vid tryck under den kritiska punkten (298 bar, 407 °C för havsvatten) kokar havsvattnet och producerar en ångfas. Vid tryck över det kritiska trycket bildas en saltlösning som den andra fasen. I underytan kan gravitationskrafter leda till att de två faserna separeras.
Vatten som cirkulerar djupt i Rainbow stiger till tillräckligt högt tryck eller temperatur så att de reagerar med berget och kemiska beståndsdelar löses upp i eller fälls ut ur ventilationsvätskan. Kemiska koncentrationer i vätskan modifieras ytterligare när den genomgår fasseparation eftersom flyktiga beståndsdelar koncentreras i den ångrika fasen och metalljoner i saltlösningen. Fasseparation har stor betydelse för klor , ett rikligt grundämne i havsvatten med få reaktioner utanför fasseparationen, och normaliseras ofta för att bedöma termodynamiken inom ett åssystem. Beroende på grundämnenas kemiska stabilitet kommer vatten som kommer in i havsbotten därför att uppvisa olika kemiska egenskaper när det kommer ut igen.
På Rainbow är fasseparation en föreslagen orsak till särskilt höga koncentrationer av klorid, spårämnen och hydronium, eftersom de skiljer sig mycket från liknande MAR-ventiler som Logatchev. Dessutom har Rainbow-ventilvätskor de högsta koncentrationerna av många beståndsdelar som finns vid Azorerna, såsom väte , övergångsmetaller och sällsynta jordartsmetaller (REE). På grund av det extrema ändelementets pH, antas klorid fungera som en dominant katjon och bildar därför många svaga komplex med andra element vid höga temperaturer. Dessa komplex blir instabila när pH stiger eller temperaturen sjunker, och frigör därför många övergångsmetaller och REE.
Observerade vätskeprover från ändelement som tagits vid olika ventilationsställen är av mycket likartade mangan- och magnesiumkoncentrationer , vilket tyder på en vanlig värmekälla för ventilerna. Det kan dock finnas många värmekällor i Rainbow med tanke på den komplexa förkastningstektoniken och stora mängder gabbro och peridotit.
Vent Field biologi
Rainbow har varit en långlivad miljö för mikrobiellt liv, med en stor mångfald av arkéer och bakterier vid ventilationsfältet. Mikrober är kända för att utnyttja energi från H 2 -gas och H 2 S -oxidation, med några kemotrofer som tillhör Asgard-arketrädet . Asgard archaea är en mycket ny upptäckt med en teoretiserad anor i evolutionen mellan prokaryoter och eukaryoter .
Några av de biogena alkanerna som finns i ventilationsvätskor tyder på sulfidoxiderande bakterier eller arkéer. Men det finns också rikliga bevis på abiotisk produktion av organiska och oorganiska molekyler i Rainbow, såsom metan och karbonat , vilket kan ha varit ett stöd för tidigt liv. På grund av de varma temperaturerna, det låga pH-värdet och livslängden på ventilationsaktiviteten finns det starka skäl för att liv kommer från platser som liknar regnbågsmassivet.
När det gäller makrofauna , har regnbågsmassivet stöttat många typer av dekapoder och blötdjur , såsom Alvinocarididae respektive Bathymodiolus , som äter där näringsrika vätskor interagerar med de kalla bathypelagiska vattnen. Rainbow uppvisar fossiler av många typer av vesikomyid- och tyasiridskal . Fossiler har daterats på andra platser på regnbågsmassivet, med spökstaden som innehåller av snäckor och musslor som är nästan 111 000 år gamla. Skalrika karbonater har hittats vid Clamstone, som kan vara så gammal som 25 000 år.
Mänsklig användning och bevarande
Rainbow, som med alla andra djupvattenventiler, är en plats för högt specialiserad biologi och känsliga geologiska strukturer. På grund av dess betydelse som ett tillgängligt och exemplariskt ultramafiskt system är Rainbow en mycket populär plats för vetenskapliga expeditioner som involverar påträngande långtidsövervakning, miljömanipulation och geologisk provtagning. Det är också det enda ventilationsfältet på MAR som har besökts av turister. På grund av vissa ådrorprocesser malmutvinning och gruvbrytning en annan aktivitet som kan störa massivets ekosystem.
Rainbow har en knepig historia när det gäller bevarande, eftersom platsen ligger inom OSPAR Maritime Area och strax utanför Portugals exklusiva ekonomiska zon på samma sätt som ett annat ventilationsfält, Saldanha. Portugal kunde inte särskilja Rainbow som bosatt utanför den utökade Azorernas hyllregion - vilket gör den ukvalificerad för OSPAR-skydd som en plats för öppet hav. World Wide Fund for Nature (WWF) lobbad för Rainbows skydd 2005 och från och med 2006 listas Rainbow av OSPAR som skyddat marint naturreservat med en MPA -storlek på 22,15 km 2 .