Бассейн с рассолом - Brine pool

Эти кратеры отмечают образование бассейнов с рассолом, из которых соль просочилась через морское дно и покрыла близлежащий субстрат.
Рендеринг NOAA бассейна с рассолом в Мексиканском заливе .
Chimaeridae рыбы и мидии на краю бассейна с соленой водой.

Рассола бассейн , иногда называемая водой , глубоководный или рассол озера , является объемом солевого раствора собирает в морском дне депрессии. Бассейны представляют собой плотные водоемы, соленость которых в три-восемь раз выше, чем в окружающем океане. Бассейны с рассолом обычно находятся под полярным морским льдом и в глубоком океане. Те, что находятся ниже морского льда, образуются в результате процесса, называемого отклонением рассола . Для глубоководных бассейнов с рассолом соль необходима для увеличения градиента солености. Соль может поступать в результате одного из двух процессов: растворения крупных солевых отложений в результате солевой тектоники или рассола, нагретого геотермально, выходящего из центров тектонического спрединга. Рассол часто содержит высокие концентрации сероводорода и метана , которые обеспечивают энергией хемосинтезирующие организмы, живущие рядом с бассейном. Эти существа часто бывают экстремофилами и симбионтами . Глубоководные и полярные бассейны с рассолом токсичны для морских животных из-за их высокой солености и аноксических свойств, что в конечном итоге может привести к токсическому шоку и, возможно, к смерти. Частота образования бассейнов с рассолом в сочетании с их уникально высокой соленостью сделала их кандидатом для исследования способов использования их свойств для улучшения гуманитарных наук.

Характеристики

Бассейны с рассолом иногда называют «озерами» морского дна, потому что плотный рассол нелегко смешивается с вышележащей морской водой, создавая четкую границу раздела между водными массами. Площадь бассейнов варьируется от менее 1 квадратного метра (11 квадратных футов) до 120 квадратных километров (46 квадратных миль) бассейна Orca . Высокая соленость увеличивает плотность рассола, который создает поверхность и береговую линию для бассейна. Из-за высокой плотности рассола и отсутствия смешивающих течений в глубоком океане бассейны с рассолом часто становятся бескислородными и смертельными для дышащих организмов. Однако бассейны с рассолом, поддерживающие хемосинтетическую активность, образуют жизнь на берегу бассейна, где бактерии и их симбионты растут с максимальной концентрацией высвобождения питательных веществ. Пятнистые красноватые слои можно наблюдать, плавающие над границей плотного рассола, из-за высокой плотности галофильных архей, которые поддерживаются этой средой. Эти берега представляют собой сложную среду со значительными сдвигами солености, концентрации кислорода, pH и температуры в относительно небольшом вертикальном масштабе. Эти переходы создают множество экологических ниш.

Формирование

Бассейны с рассолом создаются с помощью трех основных методов: отвода рассола ниже морского льда, растворения солей в придонной воде посредством солевой тектоники и геотермального нагрева рассола на тектонических границах и горячих точках .

  1. Отбраковка рассола
    • Когда морская вода замерзает, соли не вписываются в кристаллическую структуру льда, поэтому соли удаляются. Выброшенные соли образуют холодный плотный рассол, который опускается ниже морского льда на морское дно. Отторжение рассола в океаническом масштабе связано с образованием глубоководных вод Северной Атлантики (NADW) и придонных вод Антарктики (AAW), которые играют большую роль в глобальной термохалинной циркуляции (THC). В локальном масштабе этот отброшенный рассол накапливается во впадинах морского дна, образуя бассейн солевого раствора. Без перемешивания рассол станет бескислородным в течение нескольких недель.
  2. Соляная тектоника
    • В среднеюрский период Мексиканский залив был мелким морем, которое высохло, образовав толстый слой минералов, полученных из соли и морской воды, толщиной до 8 км. Когда залив снова наполнился водой, слой соли был предохранен от растворения отложениями, накапливающимися над солью. Последующие отложения стали настолько тяжелыми, что начали деформироваться и сдвинуть более пластичный солевой слой ниже. В некоторых местах слой соли теперь выступает на морском дне или рядом с ним, где он может взаимодействовать с морской водой. Когда морская вода контактирует с солью, отложения растворяются и образуют рассол. Расположение этих солевых отложений юрской эпохи также связано с выбросами метана, придающими глубоководным соляным бассейнам их химические характеристики.
  3. Геотермальное отопление
    • В океанских тектонических центрах распространения Земли плиты раздвигаются, позволяя новой магме подняться и остыть. Этот процесс участвует в создании нового морского дна. Эти срединно-океанические хребты позволяют морской воде просачиваться вниз в трещины, где они вступают в контакт с минералами и растворяют их. В Красном море, например, глубоководные воды Красного моря (RSDW) просачиваются в трещины, образовавшиеся на тектонической границе. Вода растворяет соли из отложений, созданных в эпоху миоцена, так же, как и в отложениях юрского периода в Мексиканском заливе. Полученный рассол затем перегревается в активной гидротермальной зоне над магматическим очагом. Нагретый рассол поднимается на морское дно, где он охлаждается и оседает в углублениях в виде бассейнов с рассолом. Расположение этих бассейнов также связано с выбросами метана, сероводорода и других химических веществ, создающих основу для хемосинтетической активности.

Поддержка жизни

Из-за методов их образования и отсутствия перемешивания бассейны с рассолом бескислородны и смертельны для большинства организмов. Когда организм попадает в бассейн с рассолом, он пытается «дышать» окружающей средой и испытывает церебральную гипоксию из-за недостатка кислорода и токсического шока из-за повышенной солености. Если организмы не могут всплыть на поверхность достаточно долго, чтобы отступить к краю, они быстро умирают. При наблюдении с подводных лодок или дистанционно управляемых аппаратов (ROV) бассейны с рассолом устрашающе усыпаны мертвой рыбой, крабами, амфиподами и различными организмами, которые слишком далеко зашли в рассол. Затем мертвые организмы хранятся в рассоле в течение многих лет без разложения из-за бескислородной природы бассейна, предотвращающего разложение и создавая рыбное «кладбище».

Несмотря на суровые условия, жизнь в форме макрофауны, такой как двустворчатые моллюски, может быть найдена в тонкой зоне вдоль края бассейна с рассолом. Новый род и вид двустворчатых моллюсков, известные как Apachecorbula muriatica , были обнаружены на краю соляного бассейна Valdiva Deep в Красном море . Также были зарегистрированы случаи образования бассейнов рассола макрофауны на границе с морской водой. Неактивные серные дымоходы были обнаружены у связанных с ними эпифауны, таких как полихеты и гидроиды . Среди представителей фауны, таких как брюхоногие моллюски , многощетинковые капители и верховые улитки, также были обнаружены связи с бассейнами с рассолом в Красном море. Такие виды обычно питаются микробными симбионтами или бактериальными и детритными пленками.

Хотя организмы обычно могут процветать на окраинах солевого бассейна, здесь они не всегда защищены от повреждений. Одна из возможных причин этого заключается в том, что подводные оползни могут воздействовать на бассейны солевого раствора и вызывать выбросы гиперсоленого раствора в окружающие бассейны, тем самым отрицательно влияя на живущие там биологические сообщества.

Несмотря на их негостеприимный характер, бассейны с рассолом также могут стать домом, позволяя организмам процветать. Глубоководные бассейны с рассолом часто совпадают с активностью холодного просачивания, позволяющей процветать хемосинтетической жизни. Метан и сероводород, выделяемые из просачивающейся жидкости, перерабатываются бактериями , которые находятся в симбиотических отношениях с такими организмами, как просачивающиеся мидии. Просачивающиеся мидии образуют две отдельные зоны. Внутренняя зона, которая находится на краю бассейна, обеспечивает наилучшие физиологические условия и обеспечивает максимальный рост. Внешняя зона находится рядом с переходом между ложе мидий и окружающим морским дном, и эта область обеспечивает наихудшие условия, из-за которых эти мидии имеют более низкие максимальные размеры и плотность. Эта экосистема зависит от химической энергии и, по сравнению почти со всеми другими живыми существами на Земле, не зависит от энергии Солнца .

Важной частью изучения экстремальных сред, таких как бассейны с рассолом, являются функции и выживаемость микробов . Микробы помогают поддерживать более крупное биологическое сообщество вокруг таких сред, как бассейны с рассолом, и являются ключом к пониманию выживания других экстремофилов . Биопленки способствуют созданию микробов и считаются основой, на которой другие микроорганизмы могут выживать в экстремальных условиях. Исследования роста и функции искусственных биопленок-экстремофилов были медленными из-за сложности воссоздания экстремальных глубоководных условий, в которых они находятся.

Примеры

Будущее использование

Одна из основных идей заключается в использовании солености солевых бассейнов в качестве источника энергии. Это можно сделать с помощью осмотического двигателя, который втягивает верхнюю воду с высокой соленостью через двигатель и толкает ее вниз из-за осмотического давления . Это приведет к тому, что солоноватый поток (который менее плотен и имеет меньшую соленость) будет оттеснен от двигателя за счет плавучести. Энергия, создаваемая этим обменом, может быть использована турбиной для создания выходной мощности.

Можно изучить жидкий рассол, чтобы использовать его электропроводность, чтобы изучить, присутствует ли жидкая вода на Марсе . Инструмент HABIT (Обитаемость: рассолы, облучение и температура) станет частью кампании 2020 года по отслеживанию меняющихся условий на Марсе. Это устройство будет включать в себя эксперимент BOTTLE (переход от наблюдения за рассолом к ​​эксперименту с жидкостью) для количественной оценки образования переходного жидкого рассола, а также для наблюдения за его стабильностью во времени в неравновесных условиях.

Третья идея заключается в использовании микроорганизмов в глубоководных бассейнах с рассолом для образования лекарственных препаратов из натуральных продуктов. Эти микроорганизмы являются важными источниками биоактивных молекул против различных заболеваний из-за экстремальной среды, в которой они обитают, что дает потенциал для увеличения числа лекарств в клинических испытаниях. В частности, новое открытие в исследовании использовало микроорганизмы из бассейнов рассола Красного моря в качестве потенциальных противораковых препаратов.

Глубоководные бассейны с рассолом также вызвали большой интерес к биоразведке в надежде, что маловероятные среды могут служить источниками биомедицинских достижений из-за неизведанного биоразнообразия. Было обнаружено, что некоторые области обладают антибактериальной и противоопухолевой активностью в биосинтетических кластерах. Были обнаружены другие новые ферменты устойчивости к антибиотикам, которые можно использовать в различных биомедицинских и промышленных применениях.

использованная литература

дальнейшее чтение