Черные курильщики

Черные курильщики - гидротермальные источники в рифтовых зонах Мирового океана.

История исследования

Открытие гидротермальных систем на океанических хребтах стало возможным благодаря тому, что в 70 годах ХХ столетия были построены батискафы, способные погружаться на глубины до 4 км. Во время погружения на батискафе "Элвин" (США) в восточной части Тихого океана (район Галапагосских островов ) были впервые найдены гидротермальные источники, температура воды в которых на выходе достигала до 370 ° С, кроме того вода в них имела высокую минерализацию соединениями металла и серы. Вследствие высокой концентрации неорганических соединений, вода, вытекающая из источников, имеет черный цвет, такая особенность обусловила название источников - черные курильщики. После этого подобные образования были найдены во всех океанах.

Строение и функционирование черных курильщиков

Все черные курильщики находятся в рифтовых зонах океанов, которые представляют собой глубокие ущелья, расположенные вдоль оси срединно-океанических хребтов. Эти хребты образовались на границе литосферных плит вследствие их различия. Деятельность гидротермальных источников обуславливается тем, что нагретая до 1200 ° С лава поднимается к поверхности и вступает в контакт с морской водой, нагревая ее до 500-800 ° С. Вода просачивается в океанической коры через трещины на глубину до нескольких километров. Горячая вода вымывает из базальта океанической коры минеральные вещества, расширяется и начинает двигаться к поверхности, в сторону меньшего давления. На поверхности она вступает в контакт с очень холодной (около 4 ° С) морской водой, вследствие чего минеральные вещества ( сульфиды Fe, Cu и Zn ) начинают выпадать в осадок и формируют характерные конусовидные образования до нескольких сотен метров в диаметре и несколько десятков метров высотой. Непосредственно черные курильщики представляют собой наросты в виде труб, они расположены в верхней части такого образования.

Биоценоз черных курильщиков

Долгое время считали, что все экосистемы на планете зависит от солнечного света, необходимого для фотосинтеза растений - начального звена пищевых цепей. Считалось что на дне океана живет очень небольшое количество организмов, которые зависят от экосистемы верхних слоев океана, поскольку на глубину не попадают солнечные лучи, фотосинтез здесь невозможен, и питательные вещества могут попасть сюда только с поверхности в виде отмерших остатков организмов. Но открытие черных курильщиков перевернуло представление о жизни на земле. Здесь обнаружили полноценный биогеоценоз, полностью автономный и независимый от организмов, обитающих на поверхности. Это было довольно странно, ведь условия жизни здесь крайне неблагоприятны: с одной стороны ледяная вода (температура до 4 ° С), с другой стороны вода нагрета до температуры более 300 ° С, насыщенная ядовитыми соединениями серы и тяжелых металлов и очень большое давление, в сотни раз выше, чем на поверхности. Основу пищевой цепи составляют здесь хемоавтотрофными бактерии, способные окислять сульфиды, выделяемых из черного курильщика, энергия которая при этом образуется используется для синтеза органических веществ, необходимых для жизнедеятельности этих организмов. Бактерии накапливают здесь довольно большую биомассу и образуют так называемые "мать". Все остальные животные, живущие в экосистеме гидротермальных источников зависят от этих бактерий. Здесь встречаются ракообразные, черви, погонофоры, моллюски, всего на данный момент насчитывают до 500 видов животных, но полностью видовой состав этих биоценозов еще не изучен.

Типичными животными данной экосистемы является вестиментиферы - организмы, относящиеся к погонофор. Первый представитель вестиментифер Riftia pachyptila был описан в 1981 году, сейчас известно 15 видов этих животных. Они имеют длину до 2,5 м и 5-7 см в диаметре, тело находится в трубке, которая состоит из белка и хитина, одной стороной она прикреплена к субстрату, на другом имеется отверстие, из которого выходят щупальца животного. Эти организмы очень заинтересовали ученых, поскольку они имеют необычный для животных способ питания. Они не имеют рта и ануса, но содержат специальный орган - трофосому, в которой живут автотрофные бактерии. Вестиментиферы обеспечивают бактерий кислородом и соединениями серы, которые транспортируются кровеносной системой животных, а бактерии окисляя соединения серы, и синтезируя органические вещества, питающие хозяина.

Кроме вестиментифер в симбиозе с бактериями живут двустворчатые моллюски родов Calyptogena и Bathymodiolus. Они получают питательные вещества как от бактерий, живущих на их жабрах, так и из внешней среды.

Также характерным видом биоценоза черных курильщиков являются помпейские черви Alvinella pompejana. Эти животные относятся к полихет и получили свое название в честь засыпанных вулканическим пеплом Помпеи, потому что они живут в зоне горячей воды (40 - 50 ° С) и на них постоянно падает пепел из частиц серы.

Вестиментиферамы и помпейским червями питаются хищники, такие как крабы Bythograea и Cyanograea. Некоторые организмы, живущие в этих экосистемах, могут встречаться и за их пределами. К ним относятся некоторые хищники, например рыба из семейства Thermarces, осьминог Grimpotheutis, десятиногие рака Munidopsis т.д.

Среди фауны черных курильщиков были найдены организмы, которые считались вымершими многие миллионов лет назад. Среди них усоногие ракообразные рода Neolepas, брюхоногий моллюск Neomphalus, двустворчатый моллюск Bathypecten. Скорее всего эти организмы не выдержали конкуренции с более молодыми и прогрессивными видами на мелководье и были вытеснены в неблагоприятные условия глубоководных гидротермальных источников.

Роль черных курильщиков в формировании месторождений полезных ископаемых

Открытие черных курильщиков, выносят большое количество рудного вещества, состоящего из сульфидов Fe, Cu и Zn, позволила геологам проследить процесс формирования рудных месторождений. Эти процессы происходят в наше время, но подобным образом формировали месторождения колчеданных руд в тех местностях, которые сейчас находятся на суше.