Введение

Гидротермальное поле в середине Атлантического океана

Гидротермальное поле Lost City, часто называемое просто Lost City, – это область морских щелочных гидротермальных источников, расположенных на массиве Атлантида на пересечении Среднеатлантического хребта и Атлантического трансформного разлома в Атлантическом океане. Это место, существующее на протяжении длительного времени, с активной и неактивной серпентинизацией ультрамафических пород, абиотически производящее множество простых молекул, таких как метан и водород, которые являются основополагающими для микробной жизни. В связи с этим оно вызвало научный интерес как ключевая локация для изучения происхождения жизни на Земле и других подобных ей планетах.

История экспедиции

Затерянный город был впервые идентифицирован 4 декабря 2000 года с использованием DSV Alvin и ROV ArgoII во время круиза AT03 60 на RV Atlantis. Круиз длился 34 дня, в течение которых были сделаны фотографии и собраны образцы отложений вокруг гидротермальных жерл. Открытие Затерянного города побудило Национальный научный фонд профинансировать второй, 32-дневный рейс (AT07 34) к месту в 2003 году для использования Alvin и автономного аппарата ABE с большим упором на научный отбор проб и создание батиметрической карты высокого разрешения гидротермального поля. ABE принял участие в 17 совместных погружениях, включая последующие визиты, создавая батиметрический профиль массива. Первый визит Интегрированной программы океанических бурений состоялся в рамках экспедиции 304 в конце 2004 года, когда в массиве Атлантида была пробурена серия скважин для сбора крупных кернов горных пород с этого места. Экспедиция 305 последовала в начале 2005 года, а экспедиция 340T – в 2012 году. В июле 2005 года Lost City был исследован в течение девяти дней аппаратами Hercules и Argus на судне Национального управления океанических и атмосферных исследований Ronald H. Brown, с прямой видео-трансляцией в Университет Вашингтона в Сиэтле. Затерянный город также был исследован во время круиза 50 "Академика Мстислава Келдыша", который был посвящен исследованию склонов к югу от гидротермального поля. В мае того же года RV Knorr отправился к массиву Атлантида для проведения гидроакустических измерений потенциальной сейсмической активности. Кроме того, французский круиз EXOMAR на судне L'Atalante был проведен в июле и августе 2005 года для изучения биоразнообразия экстремофилов в глубоководных условиях. В 2015 году состоялся визит экспедиции 357 Международной программы открытия океана, которая была сосредоточена на бурении в массиве Атлантида для изучения циркуляции за пределами оси хребта. После извлечения кернов из девяти различных точек были оставлены серии скважин, из которых пробы отбирались с помощью пробоотборников Niskin. На двух участках были установлены заглушки скважин, чтобы обеспечить возможность отбора флюидов из скважин в будущем. В июле и августе 2018 года французский круиз TRANSECT был проведен на L'Atalante с использованием ROV VICTOR для сбора различных измерений и образцов. В следующем месяце американский круиз AT42 01, получивший прозвище "Возвращение в Затерянный город", был предпринят для повторного посещения гидротермального поля спустя много лет, в котором приняли участие многие члены первоначальной команды, открывшей его в 2000 году. Были собраны фотографии, атмосферные газы, клетки для культивирования, горные породы, флюиды из гидротермальных жерл и образцы окружающей морской воды с использованием ROV Jason II и пробоотборника CTD Niskin. Основными задачами миссии были сбор биологических и геохимических образцов для изучения источников энергии для микробной жизни, а также продолжение исследований скважин 2015 года путем попыток отбора проб из пробуренных отверстий для доступа к остаточным флюидам. В марте 2023 года был предпринят первый круиз RV Falkor Too для развертывания нового in situ датчика метана для поиска гидротермальной активности, подобной той, что наблюдается в Lost City, вдоль Срединно-Атлантического хребта. Погружения ROV транслировались в прямом эфире на веб-сайте Института океана Шмидта. Круиз завершился 11 апреля, в результате чего были обнаружены новые черные курильщики.

География

Затерянный город расположен в Северной Атлантике на морском дне горы Атлантис Массив, который примерно равен по размеру горе Рейниер. Этот участок описывается как долгоживущее гидротермальное поле, возраст которого, по оценкам, превышает 120 000 лет, основываясь на радиоуглеродном датировании самых старых отложений дымоходов. Затерянный город находится на шельфе примерно ниже вершины массива на глубине около , с приблизительной площадью . Сам массив мог образоваться аналогичным образом, как и многие другие океанические ядровые комплексы. Затерянный город характеризуется крутыми скалами на юге, дымоходами и холмами карбонатного материала, отложенного из дымоходов, которые разрушаются с течением времени. Бреччия, габбро и перидотиты преобладают в породах по мере удаления от поля, и они подвержены массовым оползням по мере увеличения крутизны рельефа дна. Скорость расхождения полу-рифта оценивается примерно в 12 мм/год, что классифицирует его как медленно расходящийся хребет. На массиве зарегистрированы сейсмические события магнитудой 4 и 4,5 по шкале Рихтера. На стороне Атлантического трансформного разлома стена Атлантис Массива обрывается примерно ниже уровня моря, где горные породы деформируются в различные милониты с деформационными текстурами, содержащими минералы тальк, тремолит и волокнистый серпентин. Кроме того, местный pH повышается до значений выше 9, что способствует осаждению карбоната кальция. Поскольку серпентинизация особенно интенсивна, концентрация углекислого газа также очень низкая. Низкая температура, низкая концентрация углекислого газа, а также низкое содержание сероводорода и металлов в плюме затрудняют обнаружение гидротермальных источников с помощью измерений CTD или оптических методов обратного рассеяния.

Биология

Потерянный Город и другие гидротермальные системы поддерживают существенно различные формы жизни из-за уникальной химии Потерянного Города. Разнообразные микроорганизмы обитают внутри, на и вокруг гидротермальных источников. Метаносарцинальные археи образуют толстые биопленки внутри источников, где они существуют за счет водорода и метана; бактерии, родственные Bacillota, также обитают внутри источников. Вне источников археи, включая недавно описанные ANME 1, и бактерии, включая Pseudomonadota, окисляют метан и серу как основные источники энергии. Потерянный Город также поддерживает разнообразие мелких беспозвоночных, связанных с карбонатными структурами, включая мелкие кораллы, улиток, двустворчатых моллюсков, полихет, амфипод и раковинных. Кораллы Desmophyllum и нематоды наблюдались, обитающими на карбонатных дымоходах. Другие животные, такие как трубчатые черви и гигантские моллюски, которые обильны в типичных черных курильщиках, однако отсутствуют в Потерянном Городе. На этом поле также наблюдались различные крабы, креветки, морские веера и медузы. Макрофауна встречается редко вокруг гидротермального поля, хотя более крупные организмы иногда посещают его. К ним относятся рыбы-разрушители, гренадиры и даже акулы. Угорь-стрелозуб был замечен на поле Lost City, который имеет значительный диапазон глубин до 500 км. Другой щелочной гидротермальный источник, гидротермальное поле Strytan, был обнаружен у северного побережья Исландии. Он значительно мельче, а жидкости в основном поступают из пресной наземной воды. Вентиляционное поле Von Damm, найденное в Карибском море, также расположено на вершине океанического ядрового комплекса.

Происхождение жизни

Были высказаны предположения, что древние аналогичные щелочные гидротермальные источники в морях молодой Земли были колыбелью всей жизни, представляя собой первоначальный абиогенез планеты. Образующийся свободный газообразный водород, металлические катализаторы, согласующиеся с теорией мира железа и серы, микроклеточная физическая структура образований и доступная гидротермальная энергия могли обеспечить среду для начала нефотосинтетических энергетических циклов, общих для наиболее примитивных микроорганизмов, и для создания органических молекул. Микроскопические структуры в таких щелочных источниках "демонстрируют взаимосвязанные отсеки, представляющие собой идеальную среду для возникновения жизни". Эти щелочные гидротермальные источники также непрерывно генерируют ацетилтиоэстеры, обеспечивая как отправную точку для более сложных органических молекул, так и энергию, необходимую для их синтеза. Однако, это предположение было опровергнуто японскими исследователями из Института наук о жизни на Земле (ELSI) при Токийском технологическом институте. Они показали, что из-за высокой свободной энергии гидролиза тиоэстеров и соответствующе низких констант равновесия, маловероятно, что эти соединения могли накопиться абиотически в значительных количествах в районе Lost City. Условия в Lost City вызывают особую обеспокоенность из-за разнообразия присутствующих там экстремофилов. Микробы из Lost City являются полиэкстремофилами, сочетающими характеристики алкалифилов, умеренных пьезофилов и термофилов в среде, лишенной солнечного света. Сочетание различных экстремофильных признаков указывает на то, что организмы Lost City более устойчивы к экстремальным условиям, чем в других местах, что делает их особенно интересными объектами для изучения требований к жизни. Поскольку для серпентинизации требуются только оливин и морская вода, подобные места, как Lost City, теоретически могут существовать на внеземных телах с жидкой водой, таких как Европа и Энцелад.

В популярной культуре

Затерянный город показан в фильме Disney 3D IMAX «Пришельцы из глубин». До выхода документального фильма эта структура IMAX не имела названия, но стала чрезвычайно узнаваемой в фильме и впоследствии получила прозвище, связанное с форматом видео, демонстрируемым в кинотеатрах. Затерянный город также появляется во втором эпизоде документального сериала BBC «Голубая планета II».

Защита

Карбонатные шпили гидротермального поля Затерянный город включены в предварительный список Всемирного наследия ЮНЕСКО.