16.02.2023

Добыча полезных ископаемых на полях гидротермальных источников срединных океанических хребтов может поставить под угрозу биологические виды. Гидротермальные источники срединно-океанических хребтов (также известные как «чёрные курильщики» - действующие на дне океанов многочисленные источники, приуроченные к осевым частям срединно-океанических хребтов. Из них в океаны поступает высокоминерализованная горячая вода под давлением в сотни атмосфер. Представляют собой трубообразные образования, достигающие высоты в десятки метров, устойчивость которых обеспечивается действием силы Архимеда (сила выталкивания).

Гидротермальные океанические источники выносят растворённые элементы из океанической коры в океаны, изменяя кору и внося весьма значительный вклад в химический состав океанов. Совместно с циклом генерации океанической коры в океанических хребтах и её рециклирования в мантию гидротермальное изменение представляет двухэтапную систему переноса элементов между мантией и океанами. Рециклированная в мантию океаническая кора, видимо, ответственна за часть мантийных неоднородностей.

«Курильщики» извергают геотермальную воду температурой до 400 °C. Из-за большого давления эта вода не кипит, а находится в сверхкритическом состоянии. Причина чёрного цвета и мутности — взвесь сульфидов металлов. Соприкасаясь с океанской водой, геотермальная охлаждается, из неё первыми выпадают сульфиды железа, меди и никеля, окрашенные в чёрный. Именно из них образуются трубы «курильщиков». В процессе дальнейшего охлаждения (200—300°С) из геотермальной воды выпадают сульфиды цинка и марганца, окрашенные в белый, так что дно вокруг «черных курильщиков» белого цвета. При медленном подъёме геотермальной воды она остывает до 300 °C ещё до соприкосновения с океанской водой, при этом образуются «белые курильщики» с трубами из сульфидов цинка и марганца.

Гидротермальные источники являются своеобразными «оазисами жизни» в глубинной афотической зоне океана, существующих на основе не фотосинтеза, а хемосинтезирующих бактерий. Это среда обитания необычных биологических сообществ, обеспечивающих формирование независимых экосистем. Таким образом, к ним приурочены самые глубокие части биосферы, достигающие глубины 2500 метров и более

Разрушение ключевых гидротермальных источников в результате глубоководной добычи полезных ископаемых может иметь побочные последствия для жерловых полей на расстоянии сотен километров, говорится в новой статье, опубликованной в журнале Ecology and Evolution .

Исследование, проведенное учеными из Окинавского института науки и технологий (OIST) в сотрудничестве с Японским агентством морских наук и технологий Земли (JAMSTEC) и Университетом Виктории, Британская Колумбия, показало, как различные источники в северо-западной части Тихого океана связаны друг с другом. Исследование также определяет ключевые источники, которые особенно важны для поддержания связи, которые должны быть приоритетными для сохранения.

"Эти результаты могут стать мощным инструментом, помогающим политикам и горнодобывающим компаниям решить, какие участки следует защищать от добычи полезных ископаемых", - сказал Отис Бруннер, первый автор и аспирант Отдела морской биофизики OIST, возглавляемого профессором Сатоши Митараи.

Предполагаемая добыча полезных ископаемых на этих участках океанического дна уничтожает существ, живущих в "черных курильщиках" и их окрестностях, и серьезно повлияет на соседние жерла в пределах того же участка гидротермального поля.

"В каждом гидротермальном источнике часто встречаются некоторые эндемичные виды, что означает, что они живут только там. Поэтому, если вы удалите или серьезно повредите их экосистему, вы не только потеряете этих животных, но и полностью потеряете этот вид ", - сказал Бруннер.

Хотя гидротермальные источники кажутся изолированными друг от друга, многие виды экосистемы могут фактически перемещаться из одного источника в другой, находясь на личиночной стадии, чему способствуют океанские течения. Если им удастся добраться до другого источника, а условия в новом источнике схожи (гидротермальные источники могут значительно отличаться по глубине, химическому составу жерла, интенсивности и теплу), тогда существа могут поселиться и перейти во взрослую стадию.

Это означает, что если популяция вида будет уничтожена в одном гидротермальном источнике, то популяция того же вида в другом гидротермальном источнике, куда раньше расселялись личинки, также окажется под угрозой.

В своем исследовании Бруннер изучил места выхода в трех субрегионах Северо-западной части Тихого океана — Окинавский прогиб, дугу Идзу-Бонин и Марианский прогиб. Он сделал вывод о том, насколько каждое жерло связано с другими, сравнивая их биоразнообразие.

Анализируя базы данных данных биологических видов, Бруннер и его коллеги определили, какие участки жерл являются важными центрами в каждом субрегионе.

Было установлено, что два места извержения - Сакаи и хребет Северный Холм Ихея - являются наиболее важными для поддержания связи в субрегионе Окинавского прогиба и должны быть приоритетными для сохранения.

"К сожалению, жерла Сакаи и Северного Холма Ихея расположены в центральной части Окинавского прогиба, области, представляющей особый интерес для добычи полезных ископаемых", - сказал Бруннер. "Но любое нарушение этих двух участков окажет особенно сильное воздействие на все виды при гидротермальных явлениях по всей Японии".

Для дуги Идзу-Бонин и Марианской впадины вулкан Никко и Алис-Спрингс были самыми важными центрами, соответственно. В настоящее время нет интереса к глубоководной добыче на этих участках.

Исследование также выявило пути соединения, связывающие как Окинавский прогиб, так и Марианскую впадину с дугой Идзу-Бонин. Однако эти связи наблюдались только в небольшом количестве гидротермальных источников, включая поднятие Дайсан-Кумэ в Окинавской впадине, расположенную в районе, представляющем интерес для добычи полезных ископаемых. Добыча полезных ископаемых здесь может привести к коллапсу биологических связей по всему северо-западу Тихоокеанского региона.

Особо отмечены отметить два поля "курильщиков" - кальдера Сумису и поднятие Минами-Энсей, которые показали низкую связь с любыми другими источниками в регионе. Эти источники сильно отличаются от других источников в Северо-западной части Тихого океана, и многие существа являются эндемиками этих мест.

"Добыча в этих источниках с меньшей вероятностью повлияет на другие, но это очень уникальные и хрупкие экосистемы, которые также необходимо сохранять", - сказал Бруннер.

Источники:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ece3.9612

https://phys.org/news/2023-02-key-hydrothermal-vents-endanger-species.html