Затерянный город был впервые обнаружен 4 декабря 2000 года с помощью DSV Alvin и ROV ArgoII во время круиза AT03-60 исследовательского судна Atlantis . [3] [4] Круиз длился 34 дня, в течение которых были сделаны фотографии и взяты образцы вентиляционных труб. [5]
Открытие Затерянного города побудило Национальный научный фонд профинансировать второе, 32-дневное путешествие (AT07-34) к этому месту в 2003 году, чтобы использовать Alvin и автономное транспортное средство ABE с большим акцентом на научном отборе проб и создании батиметрической карты высокого разрешения поля жерла. [6] ABE примет участие в 17 объединенных дайвинг-экспедициях, включая повторные посещения, создав батиметрический профиль для 3,3 квадратных километров (1,3 квадратных миль) массива. [7]
Первый визит в рамках Программы комплексного бурения океанов состоялся в конце 2004 года с экспедицией 304, когда в массиве Атлантис было пробурено несколько скважин для сбора крупных кернов горных пород с этого участка. [8] [9] Экспедиция 305 последовала этому примеру в начале 2005 года, а 340T — в 2012 году. [10]
В июле 2005 года Lost City исследовался в течение девяти дней судами Hercules и Argus на судне Национального управления океанических и атмосферных исследований Ronald H. Brown , с прямой трансляцией видео в Университете Вашингтона в Сиэтле . [6] [11] Lost City также исследовался в ходе 50-го рейса судна Akademik Mstislav Keldysh , в ходе которого основное внимание уделялось исследованию склона к югу от жерла. [12] В мае того же года исследовательское судно Knorr отправилось к массиву Атлантис для гидроакустических измерений потенциальной сейсмической активности. [13] [14] Кроме того, в июле и августе 2005 года был проведен французский круиз EXOMAR на судне L'Atalante с целью изучения биоразнообразия экстремофилов в глубоководных средах океана. [15]
В 2015 году экспедиция International Ocean Discovery Program Expedition 357 посетила массив Атлантис, в ходе которой особое внимание уделялось бурению на массиве Атлантис для изучения внеосевой циркуляции. [16] [17] После того, как были взяты керны с девяти разных участков, которые были отобраны с помощью бутылок Нискина , остался ряд скважин . На двух участках были установлены заглушки для скважин, чтобы в будущем можно было взять пробы скважинных флюидов.
Приборы на ROV Jason в 2018 году
В июле и августе 2018 года французский круиз TRANSECT был проведен на L'Atalante с использованием ROV VICTOR для сбора различных измерений и образцов. [18] В следующем месяце американский круиз AT42-01, прозванный Return to the Lost City , был предпринят для повторного посещения поля жерла после многих лет, с участием многих членов первоначальной команды открытия в 2000 году. [19] [20] Фотографии, окружающие газы, клетки для культур, породы, жерловой жидкости и окружающие образцы морской воды были собраны с использованием ROV Jason II и CTD Niskin rosette . [21] Основными целями миссии были сбор биологических и геохимических образцов для исследования источников энергии для микробной жизни. Они также продолжили экспедицию по скважинам 2015 года, попытавшись взять образцы из пробуренных отверстий для доступа к остаточным жидкостям.
В марте 2023 года был предпринят первый круиз RV Falkor Too с целью развертывания нового датчика метана на месте для поиска гидротермальной активности, аналогичной активности Lost City вдоль Срединно-Атлантического хребта. Погружения ROV транслировались в прямом эфире на веб-сайте Института океана имени Шмидта. [22] Круиз завершился 11 апреля, в результате чего были обнаружены новые источники черного курильщика. [23]
Lost City расположен в северной части Атлантического океана на морском дне горы Atlantis Massif , которая примерно размером с гору Рейнир . [24] Это место описывается как долгоживущее поле жерла, возраст которого оценивается более чем в 120 000 лет по данным радиоуглеродного датирования самых старых отложений дымоходов поля. [1] Однако это значительно моложе возраста самого массива Atlantis, который может быть около двух миллионов лет. [25] Lost City расположен на шельфе примерно в 70 метрах (230 футов) ниже вершины массива на глубине около 750–900 м (2460–2950 футов), с приблизительной площадью 500 квадратных метров (5400 квадратных футов). [26] Сам массив, возможно, возник таким же образом, как и многие другие комплексы океанических ядер .
Lost City — это место, где доминируют крутые скалы на юге, дымоходы и курганы карбонатного материала, отложенного из дымоходов, которые разрушаются по мере старения. Брекчия , габбро и перидотиты являются доминирующими типами пород по мере удаления от поля, которые склонны к массовому опустошению по мере того, как батиметрия становится круче. [7] События прошлого, сопровождавшиеся массовым опустошением, очевидны по обильным уступам на склоне массива. Щебень имеет тенденцию накапливаться на участках не круче 60 градусов, ограничивающих поле, и может подвергаться литификации в зависимости от того, как далеко он расположен от Lost City.
Из 30 активных и неактивных жерловых труб Посейдон является самой большой и наиболее изученной в области жерловых труб. [24] [7] Посейдон имеет высоту около 60 метров (200 футов) и ширину 100 метров (330 футов) и имеет многочисленные отверстия, выбрасывающие горячие жидкости. Жерло, прозванное Улей , за его отличительную форму при обнаружении, имеет высоту около одного метра и расположено на южной стороне Посейдона . Кроме того, башня IMAX имеет высоту около 8 метров (26 футов) на северной стороне Посейдона , хотя в жерле есть сталагмитоподобные наросты, которые достигают 30 метров (98 футов). У IMAX есть большой фланец, который улавливает горячую, вытекающую жидкость, и внутри него явно действует биопленка .
Другие дымоходы, такие как Райан и Природа к востоку от Посейдона , также имеют фланцевые и ульеподобные структуры, хотя они значительно меньше и вентилируются значительно меньше, чем Посейдон . Несколько неактивных вентилей расположены примерно в 100 метрах (330 футов) к югу от Посейдона , хотя их высота составляет всего несколько метров. [7]
Поскольку массив расположен на медленном или ультрамедленном спрединговом центре , через поле жерла проходит большое количество разломов . [25] Многие разломы, особенно на южной стороне, представляют собой высокоугловые нормальные разломы, которые могут быть скрыты обломками. Большинство обнаруженных жерл имеют тенденцию проходить с востока на запад, вероятно, из-за ориентации линий разломов под полем. [7]
Два потухших поля расположены примерно в 300 метрах (980 футов) к западу и в 450 метрах (1480 футов) к юго-западу от центрального жерла на глубине 1000 метров (3300 футов) или более. Они имеют неактивные жерла, похожие по профилю на Посейдон с отложениями осыпи (каменистой осыпи), отделяющими их от центрального жерла, хотя они не были так активно исследованы. Предполагается, что на основе возраста собранных образцов горячий поток жидкости мигрировал с юга на север, где в настоящее время находится Посейдон . [7]
Щелочные гидротермальные источники, такие как Lost City, только поверхностно связаны с вулканическими черными курильщиками; эти два типа источников, возможно, лучше описываются их различиями, чем сходствами. Хотя оба типа часто встречаются вблизи океанических центров спрединга, щелочные гидротермальные источники не создаются вулканическими процессами. Они выделяют метан и двухатомный водород в окружающую воду; они не производят значительных количеств углекислого газа , сероводорода или металлов, которые являются основными продуктами вулканических черных курильщиков. Температура и pH воды, окружающей два типа источников, также значительно различаются.
Минералогия
Центр спрединга Срединно-Атлантического хребта разрывает литосферу , создавая нормальные разломы, которые обнажают подповерхностные породы для воздействия морской воды.Оливин — минерал, ответственный за серпентинизацию Затерянного города.
Массив Атлантис описывается как ультрамафический комплекс океанического ядра Срединно-Атлантического хребта, в котором верхние мантийные породы подвергаются воздействию морской воды через разломы от тектонического расширения, связанного с центрами океанического спрединга. [27] Половинная скорость спрединга приближается к 12 мм/год, что классифицирует его как медленно спредингующийся хребет. [28] В массиве были зарегистрированы сейсмические события магнитудой 4 и 4,5 по шкале Рихтера . [14]
Доминирующие минералы, обнаруженные в Lost City, являются ультрамафическими, состоящими в основном из оливина и пироксена с очень небольшим содержанием кремнезема . Минералы перидотита (в основном шпинель гарцбургит ) подвергаются серпентинизации и образуют минералы магнетита и серпентина . [7] Поскольку в выбрасываемых жидкостях выделяется мало или совсем не выделяется углекислый газ или металлы, Lost City выглядит как некурящий , с небольшим количеством частиц, которые придают дымный вид.
После того, как поровые воды проникли на поверхность и вернулись на поверхность, образуются арагонитовые , бруситовые и кальцитовые дымоходы, поскольку карбонаты кальция выпадают в осадок из раствора. Более молодые дымоходы в основном состоят из брусита и арагонита, которые имеют белый и хлопьевидный вид. По мере созревания отверстий пористость уменьшается, поскольку осадки закупоривают пути движения жидкости. Минеральный состав изменяется, и арагонит сменяется кальцитом и бруситом, которые удаляются посредством растворения, и дымоходы темнеют до серого или коричневого цвета. [29]
Со стороны трансформного разлома Атлантис стена массива Атлантис заканчивается примерно на 740 метров (2430 футов) ниже уровня моря, где типы пород деформируются в различные милонитовые породы с деформационными тканевыми минералами талька, тремолита и ленточного серпентина. [7]
Серпентинизация
Затерянный город является образцовым местом для изучения абиотического метаногенеза и гидрогенезиса, поскольку реакции серпентинизации производят метан и водород. Дополнение реакций Фишера-Тропша ;
Реакции экзотермичны и нагревают окружающие воды посредством нагревания реакции, хотя температуры жидкости все еще относительно низкие (40°–90 °C) по сравнению с другими гидротермальными системами. [30] Кроме того, локальный pH увеличивается до значений более 9, что позволяет осаждаться карбонату кальция. Поскольку серпентинизация особенно обширна, концентрации углекислого газа также очень низкие. Низкая температура, концентрации углекислого газа, а также низкое содержание сероводорода и металлов в шлейфе затрудняют идентификацию жерл с помощью измерений CTD или методов оптического обратного рассеяния.
Биология
Desmophyllum были обнаружены на поле Lost City
Lost City и другие гидротермальные системы источников поддерживают совершенно разные формы жизни из-за уникальной химии Lost City. Разнообразные микроорганизмы живут внутри, на и вокруг источников. Археи , подобные Methanosarcinales, образуют толстые биопленки внутри источников, где они питаются водородом и метаном; бактерии, родственные Bacillota, также живут внутри источников. За пределами источников археи , включая недавно описанный ANME-1, и бактерии, включая Pseudomonadota , окисляют метан и серу в качестве основных источников энергии. [ необходима цитата ]
Lost City также поддерживает существование множества мелких беспозвоночных , связанных с карбонатными структурами, включая небольшие кораллы , улиток , двустворчатых моллюсков , полихет , амфипод и остракод . [ требуется ссылка ] Кораллы Desmophyllum и черви-нематоды были замечены живущими на карбонатных трубах. [31] Другие животные, такие как трубчатые черви и гигантские моллюски, которые в изобилии встречаются в типичных жерлах черных курильщиков, однако, отсутствуют в Lost City. На поле также были замечены различные крабы , креветки , морские веера и медузы .
Макрофауна редко встречается вокруг поля жерла, хотя более крупные организмы иногда посещают поле. Среди посетителей могут быть затонувшие рыбы , макрурусы и даже акулы . Стрелозубые угри были замечены на поле Затерянного города, которое имеет огромный диапазон глубин от −120 метров (−390 футов) до −4800 метров (−15700 футов). [31]
Значение
Затерянный город предоставляет геологам, химикам и биологам рабочую экосистему для изучения жизни в экстремальных условиях и других процессов, обусловленных абиотическим производством метана и водорода путем серпентинизации .
Сходства с другими местами
Термическое поле Lost City имеет ряд общих характеристик с термальным полем Prony Bay около Новой Каледонии в Тихом океане. Оба являются местами умеренной температуры, которые производят обильный водород и метан. Однако Prony Bay значительно мельче (менее 50 метров (160 футов)), чем Lost City (около 800 метров (2600 футов)). Он является домом для уникальной биологии, включая экстремофила Alkaliphilus hydrothermalis . [32]
Еще один щелочной гидротермальный источник, гидротермальное поле Стритан , был обнаружен у северного побережья Исландии. [33] Он значительно мельче, и флюиды в основном поставляются пресной наземной водой.
Геологическое поле Фон Дамм , обнаруженное в Карибском море , также расположено над комплексом океанического ядра.
Происхождение жизни
Было высказано предположение, что древние версии подобных щелочных гидротермальных источников в морях молодой Земли были местом зарождения всей жизни, составляющим первоначальный абиогенез планеты . Свободный водородный газ, металлические катализаторы, соответствующие теории мира железа и серы , микроклеточная физическая структура башен и доступная гидротермальная энергия могли бы, вероятно, обеспечить среду для начала нефотосинтетических энергетических циклов, общих для самых примитивных микроорганизмов и создания органических молекул. [34] [35] Микроскопические структуры в таких щелочных источниках «демонстрируют взаимосвязанные отсеки, которые обеспечивают идеальный инкубаторий для зарождения жизни». [36]
Эти щелочные гидротермальные источники также непрерывно генерируют ацетилтиоэфиры , обеспечивая как отправную точку для более сложных органических молекул, так и энергию, необходимую для их производства. Однако эта идея была отвергнута японскими исследователями из Института наук о Земле и жизни (ELSI), Токийского технологического института. Они показали, что из-за высокого изменения свободной энергии гидролиза тиоэфира и соответствующих им низких констант равновесия маловероятно, что эти виды могли аккумулироваться абиотически в какой-либо значительной степени в полях Затерянного города. [37]
Условия в Lost City вызывают особую озабоченность из-за различных типов присутствующих экстремофилов . Микробы Lost City являются полиэкстремофилами, подходящими под описание алкалофилов, умеренных пьезофилов и термофилов в среде без солнечного света. Сочетание различных экстремофильных элементов предполагает, что организмы Lost City более экстремальны, чем в других местах, что делает их особенно интересными объектами для изучения требований к жизни. [38]
Учитывая, что единственными условиями для серпентинизации являются оливин и морская вода, такие места, как Затерянный город, теоретически могут существовать на внеземных телах с жидкой водой, таких как Европа и Энцелад .
Акула в гостях на поле Затерянного города
В популярной культуре
Затерянный город показан в фильме Disney 3-D IMAX «Пришельцы из глубин» . [39] Фланец IMAX не имел названия до выхода документального фильма, но он чрезвычайно узнаваем в фильме и впоследствии получил прозвище видеоформата, воспроизводимого в кинотеатрах .
Затерянный город также показан во втором эпизоде документального фильма BBC « Голубая планета II» . [40]
Галерея
Изображения в Lost City
Белый карбонатный шпиль в гидротермальном поле Затерянного города.
Геркулес маневрирует между скалистыми вершинами.
Вид фланца снизу ROV.
Теплая вентиляционная жидкость, выходящая из нетронутой внутренней части сломанного фланца.
Железные пластины, сброшенные на морское дно в качестве балласта .
Дымоход длиной 9,1 метра (30 футов) в Затерянном городе.
Анемона, растущая на карбонатной породе.
Подстилающая порода является основой большей части серпентинизации в Затерянном городе.
Кораллы, растущие на карбонатных породах.
Из темноты на поле Затерянного города появляется труба.
Глубоководная морская рыба.
Защита
Карбонатные шпили гидротермального поля «Затерянный город» включены в список объектов, подлежащих защите ЮНЕСКО. [ 41]
Ссылки
^ ab Ludwig, Kristin A.; Shen, Chuan-Chou; Kelley, Deborah S.; Cheng, Hai; Edwards, R. Lawrence (апрель 2011 г.). "U–Th систематика и 230Th возраст карбонатных дымоходов на гидротермальном поле Lost City" (PDF) . Geochimica et Cosmochimica Acta . 75 (7): 1869–1888. Bibcode :2011GeCoA..75.1869L. doi :10.1016/j.gca.2011.01.008.
^ Левинсон, Джин (2020). «Глава 5: Происхождение жизни». Переосмысление эволюции: революция, которая скрывается на виду. World Scientific. С. 79–109. ISBN9781786347268.
^ «Затерянный «город» глубин обнаруживает неожиданные формы». today.duke.edu . 20 июля 2001 г. Получено 11 апреля 2019 г.
^ Ривицциньо, Пит; Лебон, Джефф Т.; Роу, Кевин К.; Шренк, Мэтью О.; Олсон, Эрик Дж.; Лилли, Марвин Д.; Баттерфилд, Дэвид А.; Фрю-Грин, Гретхен Л.; Блэкман, Донна К. (июль 2001 г.). «Поле внеосевого гидротермального источника вблизи Срединно-Атлантического хребта на 30° с.ш.». Nature . 412 (6843): 145–149. Bibcode :2001Natur.412..145K. doi :10.1038/35084000. ISSN 1476-4687. PMID 11449263. S2CID 4407013.
^ Дизайн J. Morton, V. Ferrini и S. O'Hara. "IEDA: Marine Geoscience Data System". www.marine-geo.org . Получено 2019-04-11 .{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ ab Келли, Дебора; Фрю-Грин, Гретхен; Карсон, Джеффри; Людвиг, Кристин (2007-12-01). «Повторный визит на гидротермальное поле Затерянного города». Океанография . 20 (4): 90–99. doi : 10.5670/oceanog.2007.09 .
^ abcdefgh Денни, Олден Р.; Келли, Дебора С.; Фрю-Грин, Гретхен Л. (февраль 2016 г.). «Геологическая эволюция гидротермального поля Затерянного города». Геохимия, геофизика, геосистемы . 17 (2): 375–394. Bibcode : 2016GGG....17..375D. doi : 10.1002/2015GC005869 .
^ Лейн, А. Ю.; Галкин С.В.; Масленников В.В.; Богданов, Ю. А.; Богданова О. Ю.; Дара, ОМ; Иванов М.В. (февраль 2007 г.). «Новый тип карбонатных пород на дне океана (Срединно-Атлантический хребет, 30°07′ с.ш.)». Доклады наук о Земле . 412 (1): 136–140. Бибкод :2007ДокЕС.412..136Л. дои : 10.1134/S1028334X0701031X. S2CID 131572567.
^ ab Коллинз, Джон А.; Смит, Дебора К.; МакГвайр, Джеффри Дж. (октябрь 2012 г.). "Сейсмичность разлома отрыва массива Атлантис, 30° с.ш. на Срединно-Атлантическом хребте: СЕЙСМИЧНОСТЬ РАЗЛОМА ОТРЫВА". Геохимия, геофизика, геосистемы . 13 (10): н/д. doi :10.1029/2012GC004210. hdl : 1912/5584 . S2CID 134343129.
^ "EXOMAR". campagnes.flotteoceanographique.fr (на французском). Французские океанографические круизы.
^ Ученые, Гретхен Л. Фрю-Грин; Бет Н. Оркатт; Софи Грин; Кэрол Коттерилл; и экспедиция 357 (2016). "Предварительный отчет об экспедиции 357 Международной программы по исследованию океана". publications.iodp.org . Предварительный отчет об экспедиции 357 Международной программы по исследованию океана. doi : 10.14379/iodp.pr.357.2016 . Получено 11.04.2019 .{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ "TRANSECT". campagnes.flotteoceanographique.fr (на французском). Французские океанографические круизы.
^ "Возвращение в Затерянный город – Глубоководная океанографическая экспедиция к гидротермальному полю Затерянного города, сентябрь 2018 г." . Получено 11 апреля 2019 г.
^ «Возвращение в Затерянный Город 2018 | Программа взаимодействия Земли и Океана». www.pmel.noaa.gov . Получено 11 апреля 2019 г.
^ "CruisePlanner Synopsis: AT42-01: Lang - Lost City 2015". www.whoi.edu . Получено 11.04.2019 .
^ «В поисках затерянных гидротермальных городов: исследование океана NOAA». oceanexplorer.noaa.gov .
^ Форнатес Ортис, Марк; Наранхо-Шеперд, Моника (6 марта 2023 г.). «Когда план сбывается ~ Видеообновление, неделя 2». Институт океана Шмидта .
^ ab «Океанская экспедиция Балларда к «Затерянному городу» использует передовые средства связи для связи исследователей, находящихся на суше и в море». today.uri.edu .
^ ab Blackman, Donna K.; Karson, Jeffrey A.; Kelley, Deborah S.; Cann, Johnson R.; Früh-Green, Gretchen L.; Gee, Jeffrey S.; Hurst, Stephen D.; John, Barbara E.; Morgan, Jennifer (2002). "Geology of the Atlantis Massif (Mid-Atlantic Ridge, 30° N): Implications for the evolution of an ultramafic oceanic core complex". Marine Geophysical Researches . 23 (5/6): 443–469. Bibcode : 2002MarGR..23..443B. doi : 10.1023/B:MARI.0000018232.14085.75. ISSN 0025-3235. S2CID 96459991.
^ Титаренко, СС; МакКейг, АМ (май 2016). «Моделирование гидротермального поля Затерянного города: влияние топографии и структуры проницаемости» (PDF) . Геофлюиды . 16 (2): 314–328. Bibcode :2016Gflui..16..314T. doi : 10.1111/gfl.12151 .
^ Зервас, Крис Э.; Семпере, Жан-Кристоф; Линь, Цзянь (1995-06-01). «Морфология и структура земной коры небольшого трансформного разлома вдоль Срединно-Атлантического хребта: зона разлома Атлантиды». Морские геофизические исследования . 17 (3): 275–300. Bibcode : 1995MarGR..17..275Z. doi : 10.1007/BF01203466. ISSN 1573-0581. S2CID 128396849.
^ Людвиг, Кристин А.; Келли, Дебора С.; Баттерфилд, Дэвид А.; Нельсон, Брюс К.; Фрю-Грин, Гретхен (июль 2006 г.). «Формирование и эволюция карбонатных дымоходов на гидротермальном поле Лост-Сити». Geochimica et Cosmochimica Acta . 70 (14): 3625–3645. Bibcode : 2006GeCoA..70.3625L. doi : 10.1016/j.gca.2006.04.016.
^ Schrenk, MO; Brazelton, WJ; Lang, SQ (13 февраля 2013 г.). «Серпентинизация, углерод и глубинная жизнь». Обзоры по минералогии и геохимии . 75 (1): 575–606. Bibcode : 2013RvMG...75..575S. doi : 10.2138/rmg.2013.75.18.
^ ab "NOAA Ocean Explorer". oceanexplorer.noaa.gov . Получено 01.08.2020 .
^ Бен Айсса, Фатма; Постек, Энн; Эраусо, Гаэль; Пайри, Клод; Пеллетье, Бернар; Хамди, Моктар; Фардо, Мари-Лор; Оливье, Бернар (16 октября 2014 г.). «Характеристика Alkaliphilus hydrothermalis sp. nov., новой алкалофильной анаэробной бактерии, выделенной из углеродистой трубы гидротермального поля Прони, Новая Каледония». Extremophiles . 19 (1): 183–188. doi :10.1007/s00792-014-0697-y. PMID 25319677. S2CID 8509000.
^ Прайс, Рой. "Гидротермальное поле Страйтан (SHF), Эйя-фьорд, Исландия". Университет Стоуни-Брук . Получено 23 октября 2016 г.
^ Журнал Science, Абиогенное производство углеводородов на гидротермальном поле Лост-Сити, февраль 2008 г. http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5863/604
^ Труды Королевского общества, О происхождении клеток: гипотеза эволюционных переходов от абиотической геохимии к хемоавтотрофным прокариотам и от прокариот к ядросодержащим клеткам . 5 декабря 2002 г. http://rstb.royalsocietypublishing.org/content/358/1429/59.full.pdf
.gif/1280px-Analogue_Model_of_extension_tectonics,_forming_of_Normal_Fault_and_Diapirs_(salt_dome).gif)
.jpg/1280px-Olivine_(peridot).jpg)
01.jpg/1280px-Lost_City_(hydrothermal_field)01.jpg)
00.jpg/1280px-Lost_City_(hydrothermal_field)00.jpg)
