열수 분출구

Hydrothermal vent
해양 서식지
Champagne vent white smokers.jpg
바륨, 칼슘, 실리콘, 이산화탄소가 풍부한 액체를 샴페인 환기구, 북서부 아이후쿠 화산, 마리아나스 해구 해양기념물 등에서 내뿜는 백인 흡연자

열수 분출구는 해저의 갈라진 틈으로 지열로 가열된 물이 배출됩니다.그들은 일반적으로 화산 활동이 활발한 장소, 확산하는 중심부, 해양 분지, 그리고 [1]핫스팟에서 구조판이 떨어져 나가는 지역 근처에서 발견됩니다.열수성 광상은 열수 분출구의 작용으로 형성된 암석과 광석 광상입니다.

열수 분출구는 지구가 지질학적으로 활동적이고 지표면과 지각 내에 많은 양의 물이 있기 때문에 존재한다.바다 밑에서는, 그들은 흑인 흡연자나 백인 흡연자라고 불리는 특징을 형성할 수 있다.대부분의 심해에 비해 열수 분출구 주변 지역은 생물학적으로 더 생산적이며, 종종 분출구 유체에 용해된 화학 물질에 의해 연료 공급되는 복잡한 공동체를 형성한다.화학 합성 박테리아와 고세균은 먹이사슬의 기초를 형성하고, 거대한 관충, 바지락, 림펫, 새우 등 다양한 유기체를 지탱합니다.목성의 달 유로파와 토성의 달 엔셀라두스에 [2][3]활발한 열수 분출구가 존재할 것으로 보이며,[1][4] 고대 열수 분출구는 화성에 한때 존재했을 것으로 추측된다.

열수 분출구는 원시 생명체의 생존과 자연발생을 시작하는 데 중요한 요소였다고 가정되어 왔다.

물리 속성

이 위상도에서는 녹색 점선은 물의 비정상적인 동작을 나타냅니다.녹색 점선은 용해점을 나타내고 파란색 선은 압력에 따라 어떻게 변화하는지를 나타냅니다. 녹색 점선은 다른 물질에 대한 일반적인 용해점 거동을 나타냅니다.

깊은 바다의 열수 분출구는 일반적으로 동태평양 융기 및 대서양 중앙 능선과 같은 중간 해양 능선을 따라 형성됩니다.이곳은 두 개의 지각판이 갈라져 새로운 지각이 형성되고 있는 곳이다.

해저 열수 분출구에서 나오는 물은 대부분 단층, 다공질 퇴적물 또는 화산 지층을 통해 화산 구조에 가까운 열수 시스템으로 유입된 바닷물, 그리고 솟아오르는 [1]마그마에 의해 방출되는 마그마 물로 구성됩니다.육상의 열수 시스템에서, 후마롤과 간헐천 시스템 내에서 순환하는 물의 대부분은 유성수와 표면에서 열 시스템으로 스며든 지하수입니다, 하지만 그것은 또한 일반적으로 변성수, 마그마수, 그리고 퇴적 형태 브라인의 일부를 포함합니다.마그마각각의 비율은 위치에 따라 다릅니다.

이러한 깊이의 주변 수온이 약 2°C(36°F)인 것과 달리, 물은 60°C(140°[5]F)에서 최대 464°C(867°[6][7]F)까지 이르는 온도에서 이러한 통풍구에서 나온다.이러한 깊이의 높은 정수압으로 인해 물은 액체 형태 또는 그러한 온도에서 초임계 유체로 존재할 수 있습니다.(순수) 물의 임계점은 218기압에서 375°C(707°F)입니다.

380 ~ 415 °C 임계영역의 기액 경계에 대한 실험 결과

그러나 염도를 액체에 도입하면 온도 및 압력 상승의 임계점이 높아집니다.해수 임계점(3.2 중량 % NaCl)은 407°C(765°F)와 298.5bar이며,[8] 이는 해수면 아래에서 최대 2,960m(9,710ft) 깊이에 해당한다.따라서 염도가 3.2 중량%인 열수성 유체가 407 °C(765 °F)와 298.5 bars 이상으로 환기되면 초임계이다.또한 환기구 액체의 염도는 [9]지각의 상분리 때문에 매우 다양한 것으로 나타났다.염도가 낮은 유체의 임계점은 해수보다 낮은 온도와 압력 조건이지만 순수한 물의 경우보다 높다.예를 들어 염도가 2.24 중량 %인 벤트 오일은 400°C(752°F)와 280.5bar에서 임계점이 있습니다.따라서 일부 열수 분출구의 가장 뜨거운 부분에서 나오는 물은 기체와 액체 [6][7]사이에 물리적 특성을 가진 초임계 유체일 수 있습니다.

초임계 환기의 예는 여러 현장에서 볼 수 있습니다.시스터 피크 (불편한 코브 열수장)4°48ºS 12°22ºW / 4.800°S 12.367°W / -4.800, -12.367, 깊이 2,996m 또는 9,829ft)의 염도가 낮은 상분리형 증기유체를 배출합니다.지속적인 환기는 초임계인 것으로 확인되지는 않았지만 464°C(867°F)의 짧은 주입은 초임계 조건을 훨씬 웃돌았다.인근 터틀 피트(Turtle Pits)에서는 저염도 유체의 임계점보다 높은 407°C(765°F)에서 저염도 유체를 배출하는 것으로 확인되었습니다.해수면 아래 약 5,000m(16,000ft)에 있는 세계에서 가장 깊은 열수 현장인 비브(Beebe)라는 이름의 케이맨 트로프의 환기구에서는 401°C(754°[10]F)와 2.3 중량% NaCl에서 초임계 환기가 지속되었다.

여러 현장에서 초임계 조건이 관찰되었지만, 열수 순환, 광상 형성, 지구 화학적 플럭스 또는 생물학적 활동 측면에서 초임계 환기가 얼마나 중요한지는 아직 알려지지 않았다.

환기구 굴뚝의 초기 단계는 무기질 무수물이 퇴적되면서 시작된다.구리, 철, 아연의 황화물은 굴뚝 틈새에 침전되어 시간이 지남에 따라 다공성이 감소합니다.하루에 30cm(1ft) 정도의 환기구 성장이 [11]기록되었습니다.2007년 4월 피지 해안의 심해 환기구 탐사에서 이 환기구들이 용해 철의 중요한 공급원인 것으로 밝혀졌다(철 [12]순환 참조).

흑인 흡연자 및 백인 흡연자

심해 환기구 생물 지구 화학적 순환도
흑인 흡연자의 녹음

일부 열수 분출구는 대략 원통형 굴뚝 구조를 형성합니다.이것들은 환기구액에 용해된 미네랄로부터 형성된다.과열된 물이 거의 얼어버린 바닷물과 접촉하면, 광물은 입자를 형성하기 위해 침전되어 쌓이는 높이를 증가시킨다.이 굴뚝 구조물들 중 일부는 [13]60미터 높이에 이를 수 있다.이 같은 높이 솟은 환기구로는 [14]1996년 추락하기 전 40m까지 솟아오른 오리건주 인근 태평양 심해 해저의 구조물 '고질라(Godzilla)'가 있다.

흑인 흡연자는 1979년 북위 21도의 동태평양 해상에서 처음 발견되었다.

블랙 스모커 또는 심해 환기구(deep smoker)는 해저에서 발견되는 일종의 열수 분출구이며, 일반적으로 수심이 2500m에서 3000m 사이이고, 심해 [1]수심이 더 낮을 뿐만 아니라 수심이 더 깊다.그것들은 검은 물질 구름을 내뿜는 검은 굴뚝 같은 구조물처럼 보입니다.흑인 흡연자들은 일반적으로 황을 함유한 미네랄, 즉 황화물을 많이 함유한 입자를 배출한다.흑연자는 지표면 아래에서 과열된 물이 해저로 들어올 때 수백 미터 넓이의 들판에서 형성된다(물은 400°[1]C 이상의 온도에 도달할 수 있음).이 물은 지각의 용해된 미네랄, 특히 황화물이 풍부합니다.차가운 바닷물과 접촉하면 많은 미네랄이 침전되어 각 통풍구 주변에 검은 굴뚝 같은 구조를 형성합니다.퇴적된 금속 황화물은 시간이 지나면 거대한 황화물 광상이 될 수 있다.미드 애틀랜틱 리지의 아조레스 지역에 사는 일부 흑인 흡연자들은 24,000 μM의 철 [15]농도를 가진 레인보우처럼 금속 함량이 매우 풍부합니다.

흑인 흡연자들은 1979년 RISE 프로젝트 기간 동안 스크립스 해양학 [16]연구소의 과학자들에 의해 이스트 퍼시픽 라이즈에서 처음 발견되었다.이들은 우즈 홀 해양학 연구소의 심해 잠수선 ALVIN을 사용하여 관찰되었다.현재, 흑인 흡연자들은 대서양과 태평양에 평균 수심 2100미터에 존재하는 것으로 알려져 있다.가장 북쪽의 흑인 흡연자들은 2008년 그린란드와 노르웨이 사이의 대서양 중앙 능선에서 북위 73°N에 있는 베르겐 대학의 과학자들에 의해 발견된 로키 [17]성이라는 이름의 다섯 명의 집단이다.이러한 흑인 흡연자들은 지각의 보다 안정적인 지역에 있기 때문에 관심을 가지고 있는데, 지각은 지각의 구조력이 덜하고 결과적으로 열수 분출구의 장이 덜 [18]흔하다.세계에서 가장 깊게 알려진 흑인 흡연자들은 해수면으로부터 [19]5,000미터(3.1마일) 아래에 있는 케이맨 트로프에 위치해 있다.

화이트 스모커 통풍구는 바륨, 칼슘, 실리콘을 포함한 광물질과 같은 밝은 빛깔의 광물질을 배출합니다.또한 이러한 통풍구는 일반적으로 [1]열원에서 멀리 떨어져 있기 때문에 저온 깃털을 갖는 경향이 있습니다.

흑인과 백인의 흡연자는 동일한 열수장에 공존할 수 있지만, 일반적으로 각각 주 상승 구역의 근위부(근접부) 및 원위부(원격부) 환기구이다.그러나 백인 흡연자는 마그마 열원이 (마그마 결정화로 인해) 점점 더 근원으로부터 멀어지고 열수 유체가 마그마 물 대신 바닷물에 의해 지배되기 때문에 이러한 열수장의 감소 단계에 대부분 해당된다.이러한 유형의 환기구에서 나오는 미네랄라이징 유체는 칼슘이 풍부하며 황산염(바라이트 및 무수물)과 탄산염 [1]침전물을 주로 형성합니다.

열수 분출구 생물학

생명체는 전통적으로 태양으로부터의 에너지에 의해 움직이는 것으로 보여져 왔지만, 심해 생물들은 햇빛에 접근할 수 없기 때문에, 열수 분출구 주변의 생물 군집은 그들이 살고 있는 먼지 많은 화학 퇴적물과 열수성 유체에서 발견되는 영양소에 의존해야 한다.이전에, 벤트 해양학자들은 환기구 유기체가 심해 유기체와 마찬가지로 해양 눈에 의존한다고 가정했습니다.이것은 그들을 식물과 태양에 의존하게 할 것이다.일부 열수 분출 유기체는 이 "비"를 소비하지만, 그러한 시스템만 있다면, 생명체는 희박할 것이다.그러나 열수분출구는 주변 해저에 비해 1만10만 배나 밀도가 높다.

열수 분출구는 빛이 아닌 화학 합성 기반 생태계(CBE)의 일종으로 알려져 있으며, 여기서 일차 생산성은 에너지원으로서 연료 공급된다(화학 자동 영양).[20]열수분출구 군집은 그렇게 방대한 양의 생명을 유지할 수 있습니다. 왜냐하면 환기구 유기체는 음식으로 화학 합성 박테리아에 의존하기 때문입니다.열수 분출구의 물은 용해된 미네랄이 풍부하고 많은 수의 화학 영양 박테리아를 지탱합니다.이 박테리아들은 유황 화합물, 특히 대부분의 알려진 유기체에게 매우 독성이 강한 화학 물질인 황화수소를 화학 합성 과정을 통해 유기 물질을 생산하기 위해 사용한다.

해양에서 철분 공급원으로 작용하여 식물성 플랑크톤에 [21]철분을 공급하기 때문에, 이 구멍들이 생활 환경에 미치는 영향은 그들 주변에 사는 유기체를 넘어선다.

생물 군집

주요 기사:심해 군집, 가장 오래된 생명체, 간헐천 biology 간헐천 생물 bi 온천의 생물군집, 열수분출구 미생물 군집
상세 정보:온열성 및 온열성

이렇게 형성된 생태계는 열수 분출장이 주요 에너지원으로 계속 존재하는 것에 의존하고 있는데, 이는 태양 에너지를 기반으로 하는 지구상의 대부분의 표면 생명체와는 다릅니다.하지만, 이러한 군집들이 태양과 독립적으로 존재한다고 종종 말하지만, 몇몇 생물들은 실제로 광합성 유기체에 의해 생성된 산소에 의존하고 있는 반면, 다른 생물들은 혐기적이다.

이스트스코샤 능선 환기구 근처에 있는 조밀한 동물군(키와 아노무란과 벌카놀레파스와 비슷한 줄기가 있는 따나귀)
갈라파고스 리프트의 통풍구 주변에 거대한 관벌레(Riftia pachyptila)가 군집하고 있습니다.

화학 합성 박테리아는 양지동물이나 요각동물과 같은 다른 유기체를 유인하는 두꺼운 매트로 자라서 박테리아를 직접 뜯어먹는다.달팽이, 새우, 게, 관벌레, 물고기, (특히 장어, 갈치장어, 오피디아목, 심포일러스와 같은) 문어와 같은 더 큰 유기체는 1차 소비자 위에 포식자와 먹이 관계의 먹이 사슬을 형성합니다.해저 통풍구 주변에서 발견되는 유기체의 주요 과는 환생동물, 포고노포란, 복족류, 갑각류이며, 큰 이매패류, 충식충, 그리고 "눈이 없는" 새우가 비균성 유기체의 대부분을 구성한다.

가장 큰 종에서 2m (6.6피트) 이상의 높이까지 자랄 수 있는 시보글리니드 관벌레들은 종종 열수 분출구 주변에 군집의 중요한 부분을 형성한다.그들은 입이나 소화관이 없고 기생충처럼 조직의 박테리아에 의해 생성된 영양분을 흡수한다.튜브웜 조직 1온스당 약 2,850억 마리의 박테리아가 발견됩니다.튜브웜은 헤모글로빈이 함유된 붉은 깃털을 가지고 있다.헤모글로빈은 황화수소와 결합해서 벌레 안에 살고 있는 박테리아로 옮깁니다.그 대가로, 박테리아는 탄소 화합물로 벌레를 키운다.열수 분출구에 서식하는 두 종은 Tevnia jerichonana와 Riftia pachyptila입니다.발견된 지역 중 "장어 도시"라고 불리는 것은 주로 뱀장어 디소미나 루고사로 이루어져 있다.뱀장어는 드물지 않지만 무척추동물은 일반적으로 열수 분출구를 지배한다.Eel City는 American [22]Samoa의 Nafanua 화산 원뿔 근처에 위치해 있습니다.

1993년에 이미 100종 이상의 복족류가 열수 [23]분출구에서 발생하는 것으로 알려져 있다.300종 이상의 새로운 종이 열수 [24]분출구에서 발견되었으며, 그들 중 다수는 지리적으로 분리된 분출구 지역에서 발견된 다른 종들과 "자매종"입니다.북아메리카 판이 중앙해령 너머로 넘어가기 전에 [25]동태평양에서 단일 생물 지리학적 환기구역을 발견했다는 주장이 제기되었다.여행의 후속 장벽은 다른 장소에서 종의 진화적 분리를 시작했다.서로 다른 열수 분출구 사이에서 나타나는 수렴 진화의 예는 자연 선택 이론과 전체적으로 진화의 이론을 뒷받침하는 주요 사례로 보인다.

비록 이 깊은 곳에서는 생명이 매우 희박하지만, 흑인 흡연자들은 전체 생태계의 중심이다.태양빛은 존재하지 않기 때문에, 고세균과 극친동물과 같은 많은 유기체들은 흑인 흡연자들이 제공한 열, 메탄, 그리고 유황 화합물을 화학합성이라고 불리는 과정을 통해 에너지로 변환한다.조개와 관충과 같은 더 복잡한 생명체들은 이러한 유기체를 먹고 삽니다.먹이사슬의 밑부분에 있는 유기체들은 또한 흑연가의 밑부분에 미네랄을 축적하여, 라이프 사이클을 완성합니다.

멕시코 해안의 2,500미터(8,200피트) 깊이의 흑인 흡연자 근처에서 살고 있는 광영양 박테리아가 발견되었다.그렇게 멀리까지 햇빛이 스며들지 않는다.대신에, 클로로비과의 일부인 박테리아는 광합성을 위해 흑연가로부터 나오는 희미한 빛을 이용한다.이것은 자연에서 최초로 광합성을 [26]위해 햇빛이 아닌 빛을 사용하는 유기체이다.

흑인 흡연가들 주변에서는 새롭고 특이한 종들이 끊임없이 발견되고 있다.80°C(176°F)까지 견딜 수 있는 폼페이의 벌레 알비넬라 폼페야나는 1980년대 인도양 카이레이 열수 분출구 탐험 중 2001년 비늘이 있는 복족류 크리소말론 스쿼미페룸이 발견됐다.후자는 탄산칼슘 대신 황화철(피라이트 및 그레이사이트)을 피부 골편(경화 신체 부위)의 구조에 사용한다.2500m의 물(약 25메가파스칼 또는 250기압)의 극한 압력은 생물학적 목적을 위해 황화철을 안정시키는 역할을 하는 것으로 생각된다.이 갑옷 도금은 아마도 그 집단에 사는 포식성 달팽이의 독을 막아주는 역할을 할 것입니다.

2017년 3월, 연구원들은 지구상에서 가장 오래된 형태의 생명체에 대한 증거를 보고했다.추정 화석화된 미생물은 캐나다 퀘벡의 누부아기투크 벨트의 열수 분출구 침전물에서 발견되었는데, 이들은 이르면 42억 8천만 년 전, 즉 44억 년 전 대양이 형성된 지 얼마 안 된 후, 그리고 45억 4천만 [27][28][29]년 전 지구의 형성이 일어난 지 얼마 되지 않은 시점에 살았을 것이다.

동물-박테리아 공생

열수분출구 생태계는 엄청난 바이오매스와 생산성을 가지고 있지만, 이것은 환기구에서 진화한 공생 관계에 있습니다.심해열수분출구 생태계는 대식세포 숙주와 화학자생영양 미생물 공생 사이에 공생하는 관계로 얕은 물이나 육지 열수분출구 생태계와 다르다.[30]태양빛이 심해 열수 분출구에 도달하지 않기 때문에 심해 열수 분출구에 있는 생물들은 광합성을 하기 위해 태양으로부터 에너지를 얻을 수 없다.대신, 열수 분출구에서 발견되는 미생물은 화학 합성입니다; 그들은 태양으로부터의 빛 에너지와 반대로 황화물과 같은 화학 물질로부터 에너지를 사용하여 탄소를 고정시킵니다.즉, 심비온은 무기 분자(HS2, CO2, O)를 숙주가 영양으로 사용하는 유기 분자로 변환한다.하지만, 황화물은 지구상의 대부분의 생명체에게 매우 독성이 강한 물질이다.이러한 이유로, 과학자들은 1977년 생명으로 가득 찬 열수 분출구를 처음 발견했을 때 경악했다.발견된 것은 통풍구 동물의 아가미에 사는 화학자율영양동물의 유비쿼터스 공생이다; 다세포 생명체가 통풍구 시스템의 독성을 견뎌낼 수 있는 이유.따라서 과학자들은 미생물 공생체가 황화물 해독에 어떻게 도움을 주는지 연구하고 있다.마이크로바이옴 기능에 대한 연구는 숙주와 관련된 마이크로바이옴이 숙주의 발달, 영양, 포식자에 대한 방어, 해독에도 중요하다는 것을 보여준다.그 대가로 숙주는 탄소, 황화물, [citation needed]산소와 같은 화학 합성에 필요한 화학 물질과 공생물을 제공한다.

열수 분출구에서의 삶을 연구하는 초기 단계에서는 다세포 유기체가 이러한 환경에서 영양분을 얻을 수 있는 메커니즘과 그러한 극한 조건에서 어떻게 살아남을 수 있는지에 대한 다른 이론들이 있었다.1977년, 열수 분출구의 화학자립영양균이 현탁식 이매패류의 [31]식단에 기여할 수 있다는 가설이 제기되었다.

마침내 1981년, 거대한 튜브웜 영양 섭취가 화학자립영양세균 내분비언트의 [32][33][34]결과로 발생했다는 것이 이해되었다.과학자들이 열수분출구에서의 삶을 계속 연구하면서, 화학자율영양동물과 대식동물 무척추동물 종 사이의 공생 관계가 어디에나 있다는 것이 이해되었다.예를 들어 1983년 조개 아가미 조직에는 세균성 내심비온이 [35]포함되어 있는 것으로 확인되었으며, 1984년에는 벤트 바시모디올리드 홍합과 방광대합조개도 [36][37]내심비온을 가지고 있는 것으로 확인되었다.

그러나 유기체가 공생을 획득하는 메커니즘은 대사 관계와 마찬가지로 다르다.예를 들어, 튜브웜은 입과 내장이 없지만, 영양을 다루고 그들의 내장이 발견되는 "로포좀"을 가지고 있습니다.그들은 또한 밝은 붉은 깃털을 가지고 있는데, 이것은 영양소의 내심비온을 먹이는 O, HS2, 그리고2 CO와 같은 화합물을 흡수하는데 사용됩니다.놀랍게도, 튜브웜 헤모글로빈은 산소와 황화물이 전형적으로 매우 반응하는 사실에도 불구하고 황화물의 간섭이나 억제 없이 산소를 운반할 수 있습니다.2005년에는 아연 이온이 튜브웜 헤모글로빈의 황화수소와 결합해 황화물이 산소와 반응하지 않기 때문에 가능하다는 사실이 밝혀졌다.또한 황화물에 노출되는 관충의 조직을 감소시키고 황화물을 박테리아에 공급하여 화학자율영양을 [38]실시한다.또한 관충은 두 가지 다른 방법으로 이산화탄소를 대사할2 수 있고 환경 조건이 [39]변화함에 따라 필요에 따라 두 가지를 번갈아 대사할 수 있다는 것이 발견되었다.

1988년, 연구는 큰 환기구 [40]연체동물인 알비노천카 헤슬레리에서 티오트로피(황화물 산화) 박테리아를 확인했다.황화물의 독성을 피하기 위해 홍합은 황화물을 공생 [41]동물로 옮기기 전에 티오황산염으로 변환한다.알비노카리드 새우와 같은 운동성 유기체의 경우,[citation needed] 그들은 환경에서 변동하는 산소가 풍부한(산소가 풍부한)/산소가 부족한(산소가 부족한) 환경을 추적해야 한다.

펙티니드 가리비와 같은 열수분출장 가장자리에 사는 생물들도 아가미에 내흡충을 가지고 있으며, 그 결과 통풍구 근처에 사는 생물들에 비해 세균 밀도가 낮습니다.단, 영양을 얻기 위한 미생물 엔도심비언트에 대한 스캘럽 의존도도 [citation needed]감소한다.

게다가, 모든 숙주 동물들이 내분비온을 가지고 있는 것은 아니다; 어떤 것들은 동물의 내부가 아닌 동물 위에 사는 상징인 에피심비온을 가지고 있다.대서양 중앙 능선의 통풍구에서 발견된 새우는 통풍구에서 대식세포 생존을 위한 공생의 필요성에 대한 예외로 여겨졌습니다.그것은 1988년 그들이 [42]에피심비언을 가지고 있는 것이 발견되었을 때 바뀌었다.그 이후로, 환기구에서 Lepetodrilis fucensis와 [44]같은 다른 유기체들도 [43]에피심비온을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다.

게다가, 어떤 공생들은 유황 화합물을 감소시키는 반면, 다른 공생들은 "메타노트로프"로 알려져 있고 탄소 화합물, 즉 메탄을 감소시킨다.배스모디올리드 홍합은 메타노 영양성 내심비온을 포함하는 숙주의 한 예이다; 하지만, 후자는 대부분 열수 [citation needed]분출구가 아닌 차가운 침출수에서 발생한다.

심해에서 일어나는 화학합성은 유기체가 즉각적인 의미에서 태양 없이 살 수 있게 해주지만, 해양의 산소는 광합성의 부산물이기 때문에 그들은 기술적으로 여전히 태양에 의존합니다.하지만, 만약 태양이 갑자기 사라지고 광합성이 우리 행성에서 더 이상 일어나지 않는다면, 심해 열수 분출구에서의 삶은 수천 년 동안 지속될 수 있습니다.[citation needed]

열수 기원설

주요 기사:해양생성 deep 심해 열수 분출구
다음 항목도 참조하십시오.유황 순환

열수 분출구의 화학 및 열역학은 이러한 환경을 열역학적으로 화학적 진화 과정이 일어나기에 매우 적합하게 만든다.그러므로, 열 에너지 플럭스는 영구적인 작용제이며 생물 [1]화학을 포함한 행성의 진화에 기여했다는 가설이 있다.

귄터 베흐터샤이저는 철-황 세계이론을 제안했고 생명체가 열수 분출구에서 유래했을 수도 있다고 제안했다.베흐터샤이저는 신진대사의 초기 형태가 유전학보다 우선한다고 제안했다.신진대사는 에너지를 방출하는 화학반응의 순환을 의미하며 이는 다른 과정에 [45]의해 이용될 수 있다.

아미노산 합성이 지구 지각 깊은 곳에서 일어났을 수 있고, 이러한 아미노산이 열수성 유체와 함께 차가운 물로 분출되어 낮은 온도와 점토 광물의 존재가 펩타이드와 프로토셀의 [46]형성을 촉진했을 것이라는 주장이 제기되어 왔다.지구의 원시 대기가 제공하지 않았던 열수 분출구 지역에 CH(메탄)와3 NH(암모니아)가4 풍부하기 때문에 이는 매력적인 가설이다.이 가설의 주요 한계는 높은 온도에서 유기 분자의 안정성이 떨어진다는 것이지만, 몇몇 사람들은 생명체가 가장 높은 [47]온도의 영역 밖에서 기원했을 것이라고 주장해 왔다.현재 심해 환기구 주변에는 수많은 종류의 극친물과 다른 유기체들이 살고 있으며, 이는 실제로 가능한 시나리오임을 시사한다.

실험 연구와 컴퓨터 모델링에 따르면 열수 분출구 내부의 광물 입자의 표면은 효소와 유사한 촉매 특성을 가지고 있으며 물 [48][49][50]속의 용해된2 CO로부터 메탄올(CHOH3)과 포름산(HCOH2)과 같은 단순한 유기 분자를 생성할 수 있습니다.

알칼리성 열수분출구(흰색 흡연자)는 pH [51][52]상태로 인해 흑인 흡연자보다 신흥 생활에 더 적합할 수 있다.

딥 핫 바이오스피어

그의 1992년 논문 The Deep Hot Biope의 시작에서, 토마스 골드는 지구의 저층에는 [53]지표로 가는 살아있는 생물학적 물질이 풍부하다는 그의 이론을 뒷받침하기 위해 해양 분출구를 언급했습니다.그는 "The Deep Hot Biope"[54]라는 책에서 그의 생각을 더욱 확장했다.

2008년 2월호 사이언스 저널에 실린 기사에서 로스트 시티 열수장 실험 데이터를 사용하여 맨틀에서 파생된 이산화탄소에서 저분자질량 탄화수소의 비생물학적 합성이 초미세 암석, 물 및 적당한 [55]양의 열이 존재할 때 어떻게 발생할 수 있는지를 보고하였다.

발견과 탐색

다음 항목도 참조하십시오.화산성 대량 황화물 광상
퇴적[56] 기록에서 볼 수 있는 전형적인 화산성 대량 황화물(VMS) 광상의 단면

1949년, 심층수 조사에서 홍해 중앙부에서 비정상적으로 뜨거운 염류가 보고되었다.1960년대 후반의 연구에서 60°C(140°F), 염수 및 관련 금속성 진흙의 존재를 확인했다.뜨거운 해결책은 활발한 해저 균열에서 나오고 있었다.그 물의 염분이 높은 특성은 [57]생물에게 적합하지 않았다.염분과 관련 진흙은 현재 채굴 가능한 귀금속과 비금속 공급원으로 조사 중이다.

1976년 6월, Scripps Institute of Oceanography의 과학자들은 Deep-Tow 해저 이미징 [58]시스템을 사용하여 플레이아데스 II 탐험에서 동태평양 상승의 자극인 갈라파고스 리프트를 따라 해저 열수 분출구에 대한 첫 번째 증거를 얻었다.1977년, 열수 분출구에 대한 첫 번째 과학 논문은 스크립스 해양학 연구소의 과학자들에 의해 발표되었습니다[59]; 연구 과학자 Peter Lonsdale은 깊게 파인 [60]카메라에서 찍은 사진을, 박사과정 학생인 Kathleen Crane은 지도와 온도 이상 [61]데이터를 발표했습니다."클램-베이크"라는 별명이 붙은 현장에 트랜스폰더가 배치되어 DSV 앨빈을 직접 관찰하기 위해 다음 해에 귀환할 수 있게 되었다.

갈라파고스 리프트 해저 열수 분출구를 둘러싼 화학 합성 생태계는 국립과학재단의 자금 지원을 받은 해양 지질학자들이 클램베이크 현장으로 돌아온 1977년에 처음 관찰되었다.잠수 연구의 주요 연구자는 오리건 주립 대학의 잭 콜리스였다.스탠포드 대학의 콜리스와 티어드 반 안델은 1977년 2월 17일 우즈 홀 해양 연구소(WHOI)[62]가 운영하는 연구 잠수정인 DSV 앨빈호를 타고 잠수하면서 이 환기구와 그들의 생태계를 관찰하고 표본을 추출했다.WHOI의 리처드(딕) 본 허젠과 로버트 발라드, 오리건 주립 대학의 잭 다이몬드와 루이스 고든, 매사추세츠 공과대학의 존 에드몬드와 타냐 앳워터, 미국 지질학 연구소의 데이브 윌리엄스 등이 이번 연구를 위해 참여했다.이 팀은 환기구, 유기체, 환기구 액체의 성분 등에 대한 관찰 결과를 [64]사이언스지에 발표했다.1979년, 당시 WHOI에서 J. 프레드릭 그래슬이 이끄는 생물학자 팀은 2년 전에 발견된 생물 군집을 조사하기 위해 같은 장소로 돌아왔다.

1979년 봄, 스크립스 해양학 연구소(Scripps Institute of Oceanography Institute of Oceanography)의 한 팀이 잠수정 앨빈을 이용하여 고온 열수 분출구를 발견했다.RISE 탐험대는 Alvin강과 해저의 지구물리학적 매핑을 테스트하고 갈라파고스 환기구 너머에서 또 다른 열수장을 찾는 것을 목표로 21°N의 동태평양 상승 지형을 탐사했다.탐험대는 프레드 스피어스와 켄 맥도널드가 이끌었으며 미국, 멕시코,[16] 프랑스에서 온 참가자들을 포함했다.잠수 지역은 1978년 [65]프랑스 CYAMEX 탐험대가 해저 황화물 더미를 발견해 선정됐다.다이빙 작업에 앞서 탐사대원 로버트 발라드는 깊이 견인된 계기 패키지를 사용하여 거의 바닥 수온 이상을 발견했습니다.첫 번째 다이빙은 그 변칙들 중 하나를 목표로 했다.1979년 4월 15일 부활절 일요일 앨빈에서 2600미터까지 잠수하던 중 로저 라슨과 브루스 루옌디크는 갈라파고스 환기구와 유사한 생물학적 군집을 가진 열수 분출구를 발견했습니다.4월 21일 이후 급강하 중에 윌리엄 노마크와 티에리 주토는 굴뚝에서 검은 광물 입자 제트를 내뿜는 고온의 통풍구, 즉 흑인 [66]흡연자들을 발견했다.맥도날드와 짐 에이켄은 앨빈에게 온도 측정기를 달아 블랙 스모커 통풍구의 수온을 측정했다.이는 심해 열수 분출구(380±30°[67]C)에서 기록된 최고 온도를 관측했다.검은 스모커 물질과 그것들을 먹인 굴뚝의 분석은 황화철 침전이 굴뚝의 [68]"연기"와 벽의 흔한 광물이라는 것을 밝혀냈다.

2005년 광물탐사업체인 넵튠리소스NL은 뉴질랜드 배타적경제수역(EEZ)의 케르마데크호 상공에서 현대 열수광구로부터 형성된 납-아연-동-황화물의 잠재적 새로운 공급원인 해저 대량 황화물 탐사를 위한 3만5000km의2 탐사권을 신청했다.그리스 신화에 나오는 뱀털 메두사의 이름을 딴 메두사 열수 분출구(Medusa haterhermal vent field)라고 불리는 코스타리카 앞바다의 태평양에서 분출구가 발견되었다고 2007년 [69]4월에 발표되었다.2010년은 열수의 깃털은 Beebe[70]사이트(18°33′N 81°43′W/18.550°N 81.717°W/18.550, -81.717, 권한 -5000 m)에서 나오는 과학자들의 나사 제트 추진의 한 그룹에 의해 감지될 때까지 그 Ashadze 열수 필드(13°N은 대서양 중앙 해령에, 권한 -4200 m)은 깊은 알려진 고온 열수 분야이다.라Woods Hole Oceanographic Institute.이 사이트는 케이맨 [71]트로프 내의 110km 길이의 초저속으로 퍼져 있는 미드 케이맨 라이즈에 위치해 있습니다.2013년 초, 가장 깊은 것으로 알려진 열수 분출구가 거의 5,000m(16,000ft)[72] 깊이의 카리브해에서 발견되었습니다.

해양학자들은 지각판들이 서로 [73]멀어지고 있는 후안 데 푸카 미드 오션 능선의 화산과 열수 분출구를 연구하고 있다.

현재 [74]멕시코 바하 캘리포니아 수르의 바히아 데 콘셉시온에서 열수 분출구 및 기타 지열 징후가 탐색되고 있다.

분배

열수 분출구는 핫스팟 화산과 같은 플레이트 내 위치에서도 발견될 수 있지만 지구의 플레이트 경계를 따라 분포되어 있다.2009년 현재 약 500개의 활성 해저 열수 분출장이 있으며, 약 절반은 해저에서 육안으로 관찰되고 나머지 절반은 물기둥 표시기 및/또는 해저 [75]침전물로 의심된다.InterRridge 프로그램 오피스는 알려진 활성 해저 열수 분출장의 위치에 대한 글로벌 데이터베이스를 호스팅합니다.

열수 분출구 분포이 맵은 InterRridge ver.3 데이터베이스를 사용하여 작성되었습니다.

로저스 외 연구진(2012)[76]은 열수 환기구 시스템의 최소 11개 생물 지리학적 지역을 인정했다.

  1. 대서양 중부 능선 지방,
  2. 이스트스코샤 리지 주
  3. 북동태평양 라이즈 주,
  4. 중부 동태평양 라이즈 주
  5. 남부 동태평양 라이즈 주,
  6. 이스터 마이크로플레이트 남쪽에서
  7. 인도양 주,
  8. 서태평양의 4개 주, 그리고 더 많은 주.

이용

열수 분출구는 해저의 거대한 황화물 퇴적물을 통해 개발 가능한 광물 자원을 형성하기도 한다.호주 퀸즐랜드에 위치한 이사 광체가 좋은 [77]예이다.많은 열수 분출구에는 전자 [78]부품에 필수적인 코발트, 금, 구리 및 희토류 금속이 풍부합니다.시생대 해저의 열수 분출은 [79]철광석의 공급원이었던 알고마형 띠철 층을 형성한 것으로 여겨진다.

최근에는 2000년대 중반 비금속 부문의 가격 상승에 힘입어 해저 수열장에서 광물자원을 채취하는 데 주력하고 있다.이론상으로는 대폭적인 비용 절감이 가능합니다.[80]

일본 등 광물자원이 주로 [81]국제수입에서 나오는 나라에서는 해저광물자원 [82]채취가 특히 추진되고 있다.세계 최초의 열수분출광상 채굴은 2017년 8~9월 일본석유가스금속공사(JOGMEC)가 실시했다.JOGMEC는 연구선 하쿠레이호를 이용하여 이 작업을 수행하였다.이 채굴은 InterRridge Vents Database에 따르면 오키나와 트로프로 알려진 열수 활성 후호 분지 내의 'Izena Hole/Colldron' 환기구장에서 수행되었습니다.

두 회사는 현재 해저 대량 황화물(SMS) 채굴의 막바지 단계에 있다.Nautilus Minerals는 비스마르크 군도에 있는 Solwarra 광산에서 채굴을 시작하는 단계이며, Nautilus Minerals는 Kermade Arc에 위치한 Rumble II West 광상으로 초기 단계에 있다.케르마데크 제도두 회사 모두 기존 기술을 수정하여 사용할 것을 제안하고 있습니다.Nautilus Minerals는 2006년 Placer Dome(현재는 Barrick Gold의 일부)[83]와 협력하여 ROV에 장착된 개조된 드럼 커터를 사용하여 10톤 이상의 채굴된 SMS를 지표로 되돌리는 데 성공했습니다.2007년 넵튠 미네랄스는 세계 최초로 ROV에 장착된 개조 석유 산업용 흡입 펌프를 이용해 SMS 퇴적물 [84]시료를 회수하는 데 성공했다.

잠재적인 해저 채굴은 필터 공급 [78]생물에 영향을 미치는 채굴 기계에서 나오는 먼지 기둥, 붕괴 또는 환기구 재개, 메탄 포접산염 방출, 심지어 해저 육지 슬라이드 [85]등 환경에 영향을 미칩니다.양사는 현재 해저채광의 환경영향에 대한 이해와 관리책의 실시를 도모하기 위해 많은 작업을 실시하고 있다.[86]그러나 이 과정은 환기구 생태계 간의 연구 활동의 불균형한 분배로 인해 거의 방해를 받아 왔습니다. 가장 잘 연구되고 이해되고 있는 열수 환기구 생태계는 채굴 [87]대상 생태계를 대표하지 않습니다.

해저 광물을 이용하려는 시도는 과거에 있었다.1960년대와 70년대는 심해 평야에서 망간 결절의 회복에 많은 활동(및 지출)을 보았으며, 성공 정도는 다양했다.그러나 이것은 해저로부터의 광물의 회수가 가능하다는 것을 증명하고 있으며, 한동안은 가능했다.1974년 미국 중앙정보국([88]CIA)이 하워드 휴즈가 만든 함정 글로마 익스플로러를 이용해 침몰한 소련 잠수함 K-129를 인양하려다 망간 결절의 채굴이 커버스토리 역할을 했다.이 작전은 '프로젝트 아조리안'으로 알려졌으며, 망간 결절의 해저 채굴에 대한 커버스토리가 다른 회사들의 시도를 촉진하는 계기가 되었을 수도 있다.

보존.

열수 분출구의 보존은 지난 20년 [89]동안 해양학계에서 때때로 뜨거운 토론의 주제가 되어왔다.이 꽤 희귀한 서식지에 가장 큰 피해를 주는 것은 [90][91]과학자들일 수도 있다고 지적되어 왔다.환기구 현장을 조사하는 과학자들의 행동에 대한 합의를 이끌어내려는 시도가 있었지만 합의된 실무규범은 있지만 공식적인 국제적이고 법적 구속력이 있는 [92]협정은 없다.

지질 연대 측정

열수 분출구의 나이를 알아내는 일반적인 방법은 황화물(예: 황철광)과 황산염 광물(예: 바리테)[93][94][95][96][97]의 연대를 측정하는 것이다.일반적인 연대 측정 방법으로는 방사선 연대[93][94] 측정과 전자 스핀 공명 [95][96][97]연대 측정이 있습니다.다른 데이트 방법들은 그들만의 한계, 가정 그리고 도전들을 가지고 있다.일반적인 과제로는 연대에 필요한 추출 광물의 높은 순도, 각 연대 측정 방법의 나이 범위, 오래된 광물의 나이를 지우는 폐쇄 온도 이상의 가열, 그리고 여러 가지 광물의 생성 과정이 있습니다.광물 형성의 여러 단계가 있는 환경에서는 일반적으로 전자 스핀 공명 연대 측정이 벌크 광물의 평균 나이를 제공하는 반면 방사선 측정 날짜는 부모 핵의 붕괴로 인해 젊은 단계의 나이에 치우친다.이는 다른 방법으로 동일한 표본에 서로 다른 연령을 부여할 수 있는 이유와 동일한 열수 굴뚝이 서로 다른 [96][97][98]연령의 표본을 가질 수 있는 이유를 설명합니다.

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