Внеосевое высокотемпературное гидротермальное месторождение в восточной части Тихого океана

 18 июля 2022 г.

Университет Лихай

Обнаружение нового, высокотемпературного, внеосевого гидротермального жерла на дне Тихого океана на глубине 2 550 метров может изменить понимание учеными того, какое влияние оказывают такие системы вентиляционных отверстий дна океана на жизнь и химию океанов Земли.

Команда исследователей, в том числе Джилл МакДермотт, химик, океанограф и преподаватель кафедры наук о Земле и окружающей среде Университета Лихай, обнаружила внеосевое гидротермальное поле, названное YBW-Sentry, в районе глобального срединно-океанического хребта, известного как Восточно-Тихоокеанский подъем. Исследуемая область находится примерно в 200 милях (приблизительно 340 км) от побережья западной Мексики. Новое вентиляционное отверстие занимает площадь, эквивалентную футбольному полю, примерно в два раза больше ближайших активных гидротермальных жерл в регионе. Дымоходы напоминают канделябры, которые имеют высоту трехэтажного здания. Результаты были опубликованы 18 июля 2022 г в статье под названием «Открытие активных внеосевых гидротермальных жерл на 9° 54'N East Pacific Rise», опубликованной в Трудах Национальной академии наук (PNAS)

Исследовательская группа оснастила девять высокотемпературных вентиляционных отверстий регистраторами температуры производства EP Oceanographic. Регистраторы собирают данные каждые десять минут, чтобы отслеживать изменения температуры вентиляционной жидкости, которые могут быть использованы для вывода изменений проницаемости коры под вентиляционным отверстием.

Глубоководные гидротермальные жерла встречаются по всему миру, чаще всего в вулканически активных местах вдоль гребня глобальной системы срединно-океанических хребтов. Магматическая активность, вызванная апвеллингом тепла в мантии Земли, вызывает расщепление хрупких тектонических плит, которые составляют внешнюю оболочку или кору Земли. По мере распространения плит образуется новая порода морского дна в результате магматической активности и извержений вулканов. Эта магматическая и тектоническая активность создает трещины, через которые морская вода просачивается в породы земной коры. Подобно горячим источникам на суше, гидротермальные жерла извергают богатую минералами жидкость, нагревающуюся под морским дном.

Исследование, приведшее к открытию внеосевого вентиляционного поля вдоль Восточно-Тихоокеанского подъема, было инициировано лабораторией Макдермотт в Университете Лихай. Команда собирает жидкости из труб черного курильщика и анализирует их на предмет их геохимических характеристик, указывающих на температуры, при которых формируются жидкости.

Вентиляционные отверстия называются черными курильщиками из-за темной горячей жидкости (более 300 градусов Celcius), которая имеет дымоподобный вид, поскольку она выбрасывается из-под водопроводных труб.

Более высокие температуры могут быть признаком надвигающегося извержения. В то же время команда также оснащает дымоходы с активными вентиляционными отверстиями с автоматическими  регистраторами температуры жидкости, для того, чтобы в них производились измерения каждые десять минут в течение двух лет.  Измерения температуры обеспечивают временные ряды изменений, которые испытывают вентиляционные отверстия. Исследовательская группа имеет девять вентиляционных отверстий, оснащенных в исследуемой области.

Дистанционно управляемая система (ROV) Jason отбирает образцы жидкостей для черных курильщиков при температуре 368 ° C с использованием титановых пробоотборников в стиле шприца для анализа в лаборатории Макдермотт в Университете Лихай.

Придонные батиметрические исследования, проведенные исследовательской группой в период с 2018 по 2021 год с помощью автономного подводного аппарата (AUV) Sentry, предоставленные Национальным центром глубоководных погружений Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI), создали карты с высоким разрешением (1 метр), которые позволяют контролировать изменения на небольших участках морского дна, по словам Росса Парнелла-Тернера, геофизика из Института океанографии Скриппса в Калифорнии и соавтора статьи.

«Мы идентифицировали внеосевое поле высоких вершин и предположили, что это были либо более старые вулканические шпили, либо неактивные гидротермальные дымоходы, уснувшие давным-давно», — говорит Парнелл-Тернер.

Даниэль Форнари (Daniel J. Fornari), морской геолог из WHOI и соавтор статьи, отметил: «Мы были поражены тем, что поле оказалось не только очень активным, но и гораздо большего размера с более высокой температурой, чем на других известных гидротермальных месторождениях, находящихся вдоль этой части Восточно-Тихоокеанского подъема, изучаемых в течение последних 30 лет».

По словам Макдермотт, за последние 15 лет способы, которыми ученые изучают и берут образцы морского дна, были революционизированы картами высокого разрешения, созданными автономными подводными аппаратами. Карты, генерируемые гидролокаторами AUV, похожи по масштабу на те, что используются в наземной геологической съемке и картографировании с использованием различных сложных методов, включающих картографирование с помощью дронов и лазерного сканирования.

Гидротермальные дымоходы на вентиляционном поле YBW-Sentry напоминают канделябры.

«Очень немногие районы в глубоком океане были нанесены на карту с высоким разрешением с использованием технологий глубокого погружения», — говорит Парнелл-Тернер, соавтор. «Тем не менее, крупные открытия могут быть сделаны путем сбора батиметрии ближнего дна с использованием AUV».

Батиметрия — изучение рельефа подводной части водных бассейнов: как мирового океана, так и озёр, рек и т. д. В среде специалистов данный термин может использоваться как совокупность данных о глубинах водного объекта.

Поиск активных гидротермальных жерл исторически был сосредоточен на впадинах, которые находятся на оси и в местах большинства извержений вулканов вдоль Восточно-Тихоокеанского возвышения. Команда расширяла карту высокого разрешения к западу и востоку от этого осевого желоба, между 9 ° 45-57'N широты, в течение последних трех лет, используя Sentry AUV NDSF. Макдермотт описывает NDSF как «НАСА глубоководных».

«Картографическая работа предоставляет подробную картину морского дна для удобства отслеживания и количественной оценки изменений, которые происходят при следующих извержениях вулканов, находящихся вдоль этой части оси Восточно-Тихоокеанского хребта», — говорит Макдермотт.

Два предыдущих извержения произошли на этом месте - в 1991-1992 годах, затем опять в 2005-2006 годах - и команда прогнозирует, что следующее извержение может произойти в течение следующих нескольких лет, по словам соавтора  Тибо Баррейра, геофизика из Университета Бергена в Норвегии.

Сульфидные структуры на вентиляционном месторождении YBW-Sentry имеют желтое окрашивание благодаря железу и содержат белые вкрапления. Bythograeid.

«Новое поле жерла может создать восстанавливающиеся гидротермальные экосистемы после извержений вулканов», — говорит Сантьяго Эррера, соавтор, который является биологическим океанографом и преподавателем кафедры биологических наук Университета Лихай.

Соавторами статьи PNAS являются: Коннор С. Даунинг, Келден Пер и Уильям С. Дауд в Департаменте наук о Земле и окружающей среде Лихай; Цзюнь-Най Ву из Института океанографии Скриппса; Николь К. Питтурс и Сэмюэл А. Вохсен на факультете биологических наук Университета Лихай; и Милена Марьянович из Французского института физики Парижского глобуса.

«Многое еще предстоит узнать о глубоководных жерлах вдоль глобального срединно-океанического хребта, как с точки зрения того, где они расположены, так и с точки зрения их геологических, геохимических и биологических характеристик», — говорит Макдермотт. «Я надеюсь, что наше исследование будет мотивировать будущие исследовательские усилия по нацеливанию на картирование внеосевых районов вдоль глобального гребня срединно-океанического хребта, чтобы лучше количественно оценить степень внеосевого по сравнению с осевым гидротермальным выбросом».

Все фото предоставлены  Океанографическим институтом Вудс-Хоул, Национальным центром глубоководных погружений, дистанционно управляемым аппаратом Jason team, WHOI-MISO Facility, Национальный научный фонд.

<hr/>

Дополнительная информация: Открытие активных внеосевых гидротермальных жерл на 9° 54'N Восточно-Тихоокеанского подъема, Труды Национальной академии наук (2022). DOI: 10.1073/pnas.2205602119

Информация журнала:Труды Национальной академии наук