Jégbe zárt gáz ad életet a sötét mélységben

A mélytengeri élővilág számára a létfenntartáshoz szükséges energiát szolgáltat a Föld mélyéből eredő elemek sokasága, jól ismertek az óceáni hátságoknál lévő, forró vizes mélytengeri füstölők és ezek környezete. Itt a feltörő meleg vízben oldott ásványok és gázok járulnak hozzá a helyben gazdag és egyedi élővilághoz.

Azonban van egy másik, részben hasonló jellegű, ám jóval hidegebb terület is: a kontinentális talapzatok gázhidrát-szivárgásai. Ezek azonban viszonylag sekélyen helyezkednek el. Nemrégiben egy nagy mélységben, 3640 méterrel a tenger szintje alatti gázszivárgást fedeztek fel, annak bizarr élővilágával együtt. A Nature Communications folyóiratban bemutatott különös ökoszisztémát a Norvég Sarkvidéki Egyetem (UiT) ismertette.

A Grönland közelében, a Molloy-hátságnál bukkantak rá azokra a gáz-hidrátból felépülő halmokra, amelyek nemcsak geológiailag igen érdekesek, hanem az élővilágukat illetően is. Az itteni ökoszisztéma is a kemoszintézisen, vagyis a kémiai elemekből kinyert energián alapul.

Mi az a gáz-hidrát?

Vízből és valamilyen gázból – legtöbbször metánból – kialakult, jégre hasonlító, kristályos szerkezetű anyagok, amelyek alacsony hőmérsékleten és nagy nyomáson képesek stabilak maradni. Olyan elméleti határvonalról ugyan nincs tudomásuk a szakembereknek, amely korlátozná, mennyire mélyen fordulhatnak ezek elő.

A gyakorlatban mégis viszonylag kis mélységekben, 2000 méternél sekélyebben bukkantak rá ezekre. A most megismert gáz-hidrát halmok, amelyeket Freyáról neveztek el, ennél majdnem kétszer mélyebbről kerültek elő. A kutatók szerint minden bizonnyal továbbiak is rejtőznek a mélyben.

A terület vizsgálatát amiatt tűzték ki célul a kutatók, mert korábban itt már szonáros mérések során észleltek a nagy mélységből feltörő gázbuborékokat, és természetesen kíváncsiak voltak az eredetükre. E buborékok vízbéli útját a tengerfenéktől mintegy 3300 méteren át lehetett követni, vagyis alig 300 méterrel a vízfelszín alatt pattantak szét.

2024-ben egy expedíció során merülő robotjármű segítségével sikerült megválaszolni is ezt a kérdést. A robot felvételein néhány méteres nagyságú, púp alakú halmokat találtak, amelyeket karbonátos bevonat és üledék borítja, ezeken pedig bizarr állatokból álló telepek élnek.

Fontos felfedezés

Az, hogy ilyen nagy mélységben találtak gáz-hidrátokat, új adalékkal szolgál ezen anyagok keletkezését illetően is. A kutatók megvizsgálták a gázok összetételét, és az világossá vált, hogy nem mikrobák állítják elő. Ehelyett a földkéreg mélyebb rétegeiben jött létre, az ottani üledékrétegekben megőrzött, nagy hőmérsékleten és nyomáson átalakult ősi szerves anyagokból.

A minták számos könnyű szénhidrogént (metán, etán, propán, stb.) tartalmaztak, és még nyersolaj nyomait is kimutatták bennük. Ez utóbbi összetétele arra utal, hogy az alapjául szolgáló kőzet a miocén időszakban, főként édesvízi, illetve kissé sós környezetben keletkezett, amikor az Északi-sarkvidék éghajlata jóval enyhébb volt, és gazdag növényvilág, jórészt virágos növények borították.

Különös élővilág

A legérdekesebb a halmokon talált élővilág összetétele volt. Fontos leszögezni, hogy az itteni élővilág alapját is a mikrobák adják, minden további élőlény számára ezek teremtik meg az élet lehetőségét. A kutatók több mint 20 állatcsoportot azonosítottak, ám az egész közösség alapja a kemoszintézisen alapult. Számos mélytengeri csőféreg telepeit találták meg, ezek egyike testében hordozza a kemoszintetizáló (metánból és kénvegyületekből energiát kinyerő) baktériumokat. Rajtuk kívül csigák, kagylók, apró rákocskák, medúzák, sőt, még halak is előfordultak.

Az egyes hidráthalmok különféle növekedési fázisban voltak, és ezt az élőviláguk változékony, dinamikus összetétele is jelezte. „Ezek nem állandó lerakódások. Élettel telt geológiai képződmények, amelyek reagálnak a tektonikai, mély hőáramlási és környezeti eseményekre” – magyarázta Giuliana Panieri professzor, az expedíció egyik tudományos vezetője.

Érdekes módon az állatvilág összetétele nagyon hasonlít a forró vizes mélytengeri élőhelyekére, vagyis a hidrotermális kürtők körül kialakultra. A kutatók kimutatták, hogy a Freya-halmok élőlényei jobban hasonlítanak a több száz kilométerrel távolabb, ám hasonló mélységben fekvő Jøtul hidrotermális mező élővilágával, mint a földrajzilag közelebbi, ám sekélyebb tengerben lévő metánszivárgásokéval.

Ez pedig azt jelzi, hogy a mélységnek jut nagyobb szerep az élővilág összetételében, nem pedig a földrajzi közelségnek. A Freya-hidráthalmok élőlényközössége átmenetet képvisel a sekélyebb metánszivárgások és a mélytengeri forró vizes kürtők között.

Szén-körforgás

A metánról tudjuk, hogy rendkívül erős hatású üvegházgáz, ami a légkörbe jutva igen gyors és nagy mértékű felmelegedést okozhat. E mélytengeri metán-hidrát szerencsére nem a légkörig juttatja a belőle felszabadult gázt. A metánbuborékokat vékony hártyaként körbefogja a hidrát, majd annak stabilitási határáig, kb. 300 méteres mélységig fel tud emelkedni.

Itt a hidrátburok hirtelen megszűnik, és a gáz feloldódik a tengervízben – ezt részben felhasználják az élőlények, részben pedig teljesen elkeveredik az óceánnal. A földkéreg mélyében elraktározott szén így a mélytengeri élőlények, illetve a sekélyebben élők számára is energiát nyújt, bekerül a szén-körfogásba.

A Freya-hidráthalmok felfedezése így egyszerre mutatja be a Föld mélyében zajló geológiai folyamatokat és az élet elképesztő alkalmazkodóképességét. Azt, hogy még a sötét, jeges, több kilométer mély világban is képes virágzó közösségeket létrehozni, ha rendelkezésre áll egyetlen kulcsfontosságú energiaforrás: a kémia.