На глубине нескольких километров из морского дна вырывается вода температурой свыше 300 °C. Она не кипит, а вокруг этого, казалось бы, ядовитого источника процветает жизнь без единого солнечного луча.
2. Дым, который на самом деле не дым
«Чёрные курильщики» — это гидротермальные источники, расположенные главным образом возле срединно-океанических хребтов и других вулканически активных областей. Морская вода проникает в трещины океанической коры и опускается в разогретые недра.
Там она нагревается магмой, вступает в реакцию с породами и растворяет соединения железа, меди, цинка и других элементов. Затем горячая жидкость поднимается и с большой скоростью выходит обратно в океан.
При встрече с почти ледяной морской водой растворённые вещества превращаются в мельчайшие твёрдые частицы. Именно они образуют густой чёрный шлейф, похожий на дым. Постепенно минералы осаждаются вокруг отверстия и строят высокую трубу.
Чёрный цвет обычно создают сульфиды металлов, особенно соединения железа. У «белых курильщиков» состав иной: их светлые облака и трубы могут содержать соединения бария, кальция и кремния.
3. Почему вода не превращается в пар?
Температура жидкости в некоторых источниках превышает 350–400 °C. На кухне при таком нагреве от кастрюли остались бы главным образом воспоминания. Но на глубине двух или трёх километров действует огромное давление столба воды.
Высокое давление повышает температуру кипения. Поэтому гидротермальная жидкость может оставаться в плотном состоянии и переносить большое количество растворённых веществ. Её свойства при этом заметно отличаются от обычной горячей воды.
Животные не сидят непосредственно в самом раскалённом потоке. Большая часть организмов населяет зоны, где гидротермальная жидкость уже смешалась с холодной морской водой. На расстоянии нескольких сантиметров температура способна меняться на десятки градусов.
Сами трубы тоже недолговечны. Минеральные отложения перекрывают старые каналы, давление пробивает новые, а вулканическая активность разрушает целые поля источников. Подводный ландшафт постоянно перестраивается.
4. Жизнь, которой не нужен солнечный свет
До открытия гидротермальных источников в 1977 году биологи считали, что почти все крупные экосистемы зависят от солнечной энергии. У курильщиков обнаружились плотные поселения трубчатых червей, моллюсков, креветок и крабов — хотя фотосинтез на такой глубине невозможен.
Основа этой пищевой сети — хемосинтез. Так называют получение энергии из химических реакций, а не из света. Бактерии и археи окисляют сероводород, водород, метан или соединения железа и используют полученную энергию для создания органических веществ из углекислого газа.
Некоторые животные питаются микробными плёнками. Другие заключили с бактериями союз. Например, гигантские трубчатые черви не имеют привычного пищеварительного тракта: бактерии живут в их тканях и снабжают хозяина питательными веществами.
Такая жизнь не полностью независима от поверхности. Для многих реакций нужен кислород, который образовался благодаря фотосинтезу и был принесён океанскими течениями. Но источником непосредственной энергии здесь действительно служит химия земных недр.
5. От происхождения жизни до космических океанов
Гидротермальные системы могли существовать на молодой Земле задолго до появления сложных организмов. Минеральные поверхности, перепады температуры и постоянный поток химических веществ создают подходящие условия для множества реакций.
Поэтому некоторые исследователи считают источники возможным местом возникновения первых самовоспроизводящихся химических систем. Это серьёзная гипотеза, но не доказанный факт. Другие модели помещают начало жизни в мелкие тёплые водоёмы или иные среды.
Курильщики важны и для поиска жизни за пределами Земли. Под ледяной поверхностью спутников Европы и Энцелада находятся океаны, которые могут взаимодействовать с каменным дном. Если там есть гидротермальная активность, она способна предоставить микробам источник энергии.
Минеральные залежи возле источников привлекают и промышленность. Однако глубоководная добыча может уничтожить уникальные сообщества прежде, чем биологи успеют их изучить. Восстановление экосистемы не гарантировано: некоторые виды встречаются только на одном небольшом поле источников.
6. Что говорит наука?
NOAA объясняет, что «дым» состоит преимущественно из мелких частиц сульфидных минералов, выпадающих из горячей жидкости при смешивании с холодной водой. Подтверждены температуры свыше 340 °C и существование экосистем, основанных на хемосинтезе.
Надёжно установлены геологический механизм источников, состав многих выбросов и симбиоз животных с бактериями. Наиболее вероятно, что подобные системы играли заметную роль в химической эволюции ранней Земли.
А вот утверждение, что жизнь обязательно возникла именно возле курильщиков, остаётся гипотезой. Мы пока не нашли непрерывной цепочки от простых молекул до первой клетки.
Так что глубоководные курильщики скрывают не чадящую подводную фабрику, а химическую электростанцию для целой экосистемы. Подпишитесь, чтобы вместе заглянуть в другие места Земли, где жизнь обходится без привычных условий.
