Атлант мұхитының тереңдігіндегі "Жоғалған қала" гидротермалық алабы

Кіріспе

Атлант мұхитының ортасындағы гидротермальдық алаң

Lost City гидротермальдық алаңы, көбінесе Lost City деп аталады, Атлант мұхитындағы Атлантис массивінде, Орталық Атлант жотасы мен Атлантис түрлену жарылысының қиылысында орналасқан теңіздің сілтілі гидротермальдық шығуларының аймағы болып табылады. Бұл ұзақ жылдар бойы белсенді және белсенді емес ультрамафикалық серпентинизация орын алатын жер, ол микробтық өмірге қажет метан және сутек сияқты көптеген қарапайым молекулаларды тірі организмдердің қатысуынсыз (абиотикалық) өндіреді. Сондықтан, ол Жердегі және оған ұқсас басқа планеталардағы өмірдің пайда болуын зерттеу үшін маңызды ғылыми орталық ретінде қызығушылық тудырады.

Экспедиция тарихы

Жоғалған қала алғаш рет 2000 жылдың 4 желтоқсанында DSV Alvin және ROV ArgoII көмегімен RV Atlantis кемесіндегі AT03 60 круизі барысында анықталды. Бұл круиз 34 күнге созылды, осы кезеңде фотосуреттер мен шатырлардан үлгілер алынды. Жоғалған қаланың табылуы Ұлттық ғылым қорына 2003 жылы осы жерге екінші 32 күндік сапарды (AT07 34) қаржыландыруға түрткі болды. Осы сапарда Alvin және автономды ABE көлігі ғылыми үлгілерді алуға және шатырлар өрісінің жоғары ажыратымды батиметриялық картасын жасауға баса назар аударды. ABE 17 суға түсу экспедициясына қатысты, оның ішінде қайта сапарлар да болды, бұл тау массивінің батиметриялық профилін жасауға мүмкіндік берді. Интегралды мұхит тегілу бағдарламасының алғашқы сапары 2004 жылдың соңында 304-ші экспедициямен жүзеге асты, осы сапарда Атлантис массивінен ірі тау жыныстарының үлгілерін алу үшін бірнеше тесіктер бұрғыланды. 2005 жылдың басында 305-ші экспедиция, ал 2012 жылы 340T экспедициясы осы бағытта жұмыс істеді. 2005 жылдың шілдесінде Жоғалған қала Ұлттық мұхит және атмосфера басқармасының Ronald H. Brown кемесіндегі Hercules және Argus көмегімен тоғыз күн бойы зерттелді, видео Сиэтлдегі Вашингтон университетіне тікелей эфирде берілді. Жоғалған қала Akademik Mstislav Keldysh кемесінің 50-ші круизі кезінде де зерттелді, бұл круиз шатырлар өрісінің оңтүстігіндегі төменгі беткейді зерттеуге баса назар аударды. RV Knorr сол жылдың мамыр айында Атлантис массивіне сейсмикалық белсенділіктің гидроакустикалық өлшемдерін жүргізу үшін барды. Сонымен қатар, 2005 жылдың шілде және тамыз айларында L'Atalante кемесімен француздық EXOMAR круизі терең мұхиттағы экстремофильдердің биологиялық әртүрлілігін зерттеу үшін өткізілді. 2015 жылы Халықаралық мұхит ашу бағдарламасының 357-ші экспедициясы Атлантис массивіне бұрғылау жұмыстарын басымдыққа қойды. Тоғыз түрлі жерден алынған ядролар қалдырылды, олар Niskin бөтелкелерімен үлгіленді. Болашақта бұрғылау сұйықтықтарынан үлгі алу үшін екі жерге бұрғылау тығындары орнатылды. 2018 жылдың шілде және тамыз айларында L'Atalante кемесімен француздық TRANSECT круизі ROV VICTOR көмегімен түрлі өлшемдер мен үлгілерді жинау үшін жүргізілді. Келесі айда америкалық AT42 01 круизі, "Жоғалған қалаға оралу" деген атпен, көптеген жылдардан кейін шатырлар өрісін қайта зерттеуге кірісті, осы круизге 2000 жылы алғашқы ашылуға қатысқан команданың көптеген мүшелері қатысты. ROV Jason II және CTD Niskin розеткасы арқылы фотосуреттер, қоршаған орта газдары, мәдениеттерге арналған жасушалар, тау жыныстары, шатыр сұйықтығы және қоршаған орта теңіз суының үлгілері жиналды. Миссияның басты мақсаты микробтық өмір үшін энергия көздерін зерттеу үшін биологиялық және геохимиялық үлгілерді жинау болды. Олар 2015 жылғы бұрғылау экспедициясын жалғастырып, бұрғыланған тесіктерден қалдық сұйықтықтарға қол жеткізу үшін үлгі алуға тырысты. 2023 жылдың наурыз айында RV Falkor Too кемесінің алғашқы круизі жаңа метан сенсорын орнату және Атлантиканың орталық бөлігіндегі Жоғалған қала сияқты гидротермальдық белсенділікті іздеу үшін жүзеге асты. ROV суға түсуі Schmidt Ocean Institute веб-сайтында тікелей эфирде көрсетілді. 11 сәуірде экспедиция жаңа қара түтін шығаратын жерлерді анықтап аяқталды.

The Lost City was first identified on December 4, 2000, using DSV Alvin and ROV ArgoII on cruise AT03 60 of the RV Atlantis. The cruise lasted 34 days, during which photographs and vent chimney samples were taken. The discovery of the Lost City prompted the National Science Foundation to fund a second, 32 day voyage (AT07 34) to the site in 2003 in order to use Alvin and the autonomous vehicle ABE with a greater emphasis on scientific sampling and creating a high resolution bathymetric map of the vent field. ABE would participate in a combined 17 dive expeditions including follow up visits, creating a bathymetry profile for of the massif. The first visit by the Integrated Ocean Drilling Program took place with Expedition 304 in late 2004, when a series of holes were drilled into the Atlantis Massif to collect large cores of rock from the site. Expedition 305 followed suit in early 2005, and 340T in 2012. In July 2005, Lost City was explored for nine days by Hercules and Argus on the National Oceanic and Atmospheric Administration vessel Ronald H. Brown, with video streamed live to the University of Washington in Seattle. Lost City was also explored on cruise 50 of the Akademik Mstislav Keldysh, which had a greater emphasis on exploring downslope south of the vent field. The RV Knorr sailed to the Atlantis Massif in May that year for hydroacoustic measurements of potential seismic activity. Furthermore, the French EXOMAR cruise on the vessel L'Atalante was conducted in July and August 2005 to study extremophile biodiversity in deep ocean environments. 2015 saw a visit from the International Ocean Discovery Program Expedition 357, which emphasized drilling on the Atlantis Massif to explore off axis circulation. A series of boreholes were left behind after cores from nine different sites were taken, which were sampled by Niskin bottles. Borehole plugs were installed on two sites to allow future endeavors to sample borehole fluids. In July and August 2018, the French TRANSECT cruise was conducted on L'Atalante utilizing the ROV VICTOR to collect a variety of measurements and samples. The following month, American cruise AT42 01, nicknamed Return to the Lost City, was undertaken to revisit the vent field after many years, featuring many members of the original discovery team in 2000. Photographs, ambient gases, cells for cultures, rock, vent fluid, and ambient seawater samples were collected using the ROV Jason II and a CTD Niskin rosette. The mission's key objectives were to collect biological and geochemical samples for researching sources of energy for microbial life. They also followed up on the 2015 borehole expedition by attempting to sample from the drilled holes for access to residual fluids. In March 2023, the first cruise of the RV Falkor Too was undertaken to deploy a new in situ methane sensor to search for hydrothermal activity similar to that of Lost City along the Mid Atlantic Ridge. ROV dives were live streamed to the Schmidt Ocean Institute's website. The cruise concluded on April 11, having identified new black smoker vents.

География

Жоғалған қала Солтүстік Атлант мұхитында, шамамен Рейнир тауының көлеміне тең, теңіз түбіндегі Атлантис массиві тауында орналасқан. Бұл орын ұзақ жылдар бойы сақталған шығару алабы ретінде сипатталады, радиокөміртектік талдау бойынша ең ескі түтік шөгінділерінің жасы 120 000 жылдан асып түседі деп есептеледі. Жоғалған қала массивтің шыңынан шамамен төмен, тереңдігі шамамен метр болатын жартасты кеңістікте орналасқан, ал оның ауданы шамамен құрайды. Массивтің өзі көптеген басқа мұхит ядролық кешендері сияқты пайда болған болуы мүмкін. Жоғалған қала - оңтүстікке қарай тік жартастар, түтіктер және қартайған сайын құлайтын түтіктерден жиналған карбонатты материал үйінділері басым болатын аймақ. Брекчия, габбро және перидотиттер – бұл аймақтың батиметриясы тік болған сайын массалық ысырапқа ұшырайтын басым тау жыныстары. Таралудың жарты жылдамдығы шамамен 12 мм/жыл деп есептеледі, бұл оны баяу таралатын қырқа ретінде жіктеуге мүмкіндік береді. Массивте 4 және 4,5 Рихтер магнитудасының сейсмикалық оқиғалары тіркелді. Атлантис түрлендірулік жарылысының жағында Атлантис массивінің қабырғасы теңіз деңгейінен шамамен төмен аяқталады, онда тау жыныстары әртүрлі милониттік тау жыныстарына деформацияланады, олардың құрамында тальк, тремолит және лента тәрізді серпентин минералдары бар. Бұдан әрі, жергілікті pH деңгейі 9-дан жоғары мәнге жетеді, бұл кальций карбонатының шөгуіне жағдай жасайды. Серпентинизация кең таралғандықтан, көмірқышқыл газ концентрациясы да өте төмен. Төмен температура, көмірқышқыл газ концентрациясы, сондай-ақ аз мөлшердегі сутегі сульфиді мен металл құрамы CTD өлшемдері немесе оптикалық кері шашырау әдістері арқылы шығару орындарын анықтауды қиындатады.

Биология

Жоғалған қала және басқа гидротермальдық желдеткіш жүйелері Жоғалған қаланың ерекше химиясының арқасында өте әртүрлі тіршілік формаларын қолдайды. Желдеткіштердің ішінде, үстінде және айналасында әртүрлі микроорганизмдер тіршілік етеді. Метаносарцинальдар сияқты археялар желдеткіштер ішінде қалың биофильмдерді құрайды, онда олар сутегі мен метанмен қоректенеді; Бациллотаға жақын бактериялар да желдеткіштер ішінде өмір сүреді. Желдеткіштерден тыс, археялар, соның ішінде жаңа сипатталған ANME 1, және бактериялар, соның ішінде Pseudomonadota, метан мен күкіртті негізгі энергия көздері ретінде тотықтырады. Жоғалған қалада карбонатты құрылымдармен байланысты әртүрлі ұсақ омыртқасыз жануарлар бар, олардың ішінде шағын маржандар, бұрқақтар, екі жақтаулылар, көп қылтанды құрттар, амфиподтар және остракодтар бар. Карбонатты түтікшелерде десмофилл кораллдары мен нематод құрттарының тіршілік ететіні байқалды. Дегенмен, әдеттегі қара түтінді желдеткіштерде көп кездесетін түтік құрттар мен алып моллюскалар Жоғалған қалада табылмайды. Аймақта әртүрлі шабақтар, креветкалар, теңіз жапырақтары мен медузалар да байқалды. Желдеткіш алаңының маңында макрофауна сирек кездеседі, бірақ үлкен организмдер кейде осы алаңға келіп тұрады. Олардың ішінде балықтар, гранадиерлер және тіпті акулалар бар. Жоғалған қала алаңында тісті мүйіз балықтары да байқалды, олардың тереңдік диапазоны өте кең.
Исландияның солтүстік жағалауында тағы бір сілтілі гидротермальдық жер – Strytan гидротермальдық алаңы анықталды. Ол айтарлықтай жақын орналасқан және сұйықтықтар негізінен тәтті, жер бетінен келген сумен қамтамасыз етіледі. Кариб теңізіндегі фон Дамм желдеткіш алаңы да мұхит ядролық кешенінің үстінде орналасқан.

Өмірдің пайда болуы

Ғалымдар ежелгі Жердің теңіздеріндегі ұқсас сілтілі гидротермальдық жарықтардың көне нұсқалары планетаның бастапқы абиогенезін құрайтын барлық тіршіліктің пайда болған жері болуы мүмкін деген болжам айтқан. Бұл жарықтарда түзілген еркін сутек газы, темір-күкірт әлемі теориясына сәйкес келетін металл катализаторлар, мұнаралардың микроклеткалық физикалық құрылымы және қолжетімді гидротермальдық энергия ең алғашқы микроорганизмдер мен органикалық молекулаларға тән фотосинтезсіз энергия айналымының басталуына мүмкіндік берген болуы мүмкін. Мұндай сілтілі жарықтардың микроскоптық құрылымдары "өмірдің пайда болуына өте қолайлы ортаны құратын, бір-бірімен байланысқан бөліктерді көрсетеді". Бұл сілтілі гидротермальдық жарықтар сонымен қатар ацетилтиоэстерлерді үздіксіз өндіреді, олар күрделі органикалық молекулалар үшін бастапқы материал болып табылады және оларды жасауға қажетті энергияны қамтамасыз етеді. Алайда, бұл пікірді Токио Технологиялық институтының Жер тіршілігі ғылымдары институтының (ELSI) жапондық зерттеушілері қабылдамады. Олар тиоэстер гидролизінің жоғары энергиялық өзгеруіне және олардың сәйкес келетін төмен тепе-теңдік тұрақтыларына байланысты, бұл молекулалардың "Жоғалған қала" аймағында абиотикалық жолмен айтарлықтай мөлшерде жиналуының ықтимал еместігін көрсетті. "Жоғалған қаладағы" жағдайлар ерекше алаңдау тудырады, себебі онда экстремофильдердің әртүрлі түрлері кездеседі. "Жоғалған қала" микробтары полиэкстремофильдер болып табылады, олар күн сәулесі жоқ ортада алкалифильдер, умеренный пьезофильдер және термофильдер сипаттамасына сәйкес келеді. Экстремофильді элементтердің комбинациясы "Жоғалған қала" организмдерінің басқа жерлерге қарағанда экстремалдырақ екенін көрсетеді, бұл оларды өмірге қажетті талаптарды зерттеу үшін өте қызықты нысанға айналдырады. Серпентинизация үшін тек оливин мен теңіз суы қажет болғандықтан, "Жоғалған қала" сияқты жерлер теориялық тұрғыдан Еуропа және Энцелад сияқты сұйық суы бар басқа планеталық денелерде де болуы мүмкін.

Танымал мәдениетте

Жоғалған қала Диснейдің 3D IMAX фильмі «Теңіздің түкпіліндегі шетелдіктерде» (Aliens of the Deep) көрсетілген. Деректі фильм шыққанға дейін IMAX флангасының аты болмаған, бірақ ол фильмде өте жақсы танылады және кейіннен кинотеатрларда көрсетілетін бейне форматтың есімі ретінде қабылданып алынды. Жоғалған қала сондай-ақ BBC-нің «Көк планета II» (Blue Planet II) деректі фильмінің 2-ші бөлімінде де көрсетілген.

Қорғау

Жоғалған қала гидротермалды алаңының карбонаттық мұнаралары ЮНЕСКО-ның қорғау тілегінің тізімінде.