Čierni fajčiari – Životodarné pekelne horúce komíny

 

Možno ich nájsť kilometre pod vodnou hladinou, v obklopení chladu a tmy. Z ich útrob sa valí meď, železo, zinok, dokonca aj zlato. A napriek ultra vysokým teplotám predstavujú rodisko unikátnych ekosystémov a svojho času azda aj života ako takého.

 

Termálne pramene sú nepriamym a oproti sopkám rozhodne miernejším prejavom existencie žeravého vnútra Zeme. Nájdeme ich tam, kde sa blízko povrchu nachádzajú veľké rezervoáre žeravej magmy a vyhrievajú nadložné horniny alebo kde hlboké zlomy odvádzajú vodu do hĺbky tisícok metrov. Už v staroveku človeku slúžili na medicínske alebo kúpeľné účely. Neskôr našli využitie ako zdroj energie alebo, ako v najväčšom meradle vidieť na Islande, pri vykurovaní.

 

Vzácny ostrov

Island je, hoci ide o pomerne malý ostrov, z geologického hľadiska nesmierne cenný. Ponúka totiž miesto, kde môžeme procesy spojené s rozpínaním morského dna sledovať nad vodnou hladinou. Na dve časti ho rozdeľuje systém riftov – hlbokých prepadlín, pripomínajúcich ohromné údolia, prekračujúci hranice ostrova a prechádzajúci v 60.000 km dlhú riftovú zónu na oceánskom dne. Tiahne sa v centre mimoriadne rozsiahleho pásu pohorí stredooceánskych chrbtov. Miestami dosahuje šírku 1.500 km, pričom niektoré jeho vrcholce sa týčia až 3 km nad okolitým dnom. Tak ako rifty na Islande, aj tie obklopené podmorskými horami a veľhorami sú miestom, kde sa rodí nová zemská kôra. Tvorí ju utuhnutá láva, opakovane a vždy len dočasne zaceľujúca trhlinu medzi dvoma blokmi oceánskej kôry, ktoré sa pomaly, niekoľko centimetrov ročne, vzďaľujú od seba.

 

Podmorské gejzíry

Na týchto miestach sily predlžovania a rozťahovania vytvárajú hlboké praskliny, pukliny a zlomy. Tenká oceánska kôra sa tak miestami stáva priepustnou a umožňuje oceánskym vodám prístup k tísicstupňovým horúčavám v hĺbke. Vznikajú podmorské verzie gejzírov a horúcich prameňov. Voda termálnych prameňov je horninami, ktorými pretiekla, obohacovaná o rôzne minerálne látky a na miestach, kde vyviera na zemský povrch, vytvára pozoruhodné rôznofarebné útvary ako kopy, terasy s termálnymi jazierkami alebo kamenné kaskády zo sintrov a travertínov. K vyzrážaniu minerálov dochádza aj tisíce metrov pod vodnou hladinou. Okolo prúdu horúcej vody, čo tryská z otvorov na dne, sa môže vytvoriť akési čierne puzdro či skôr komín, z ktorého vychádza tmavá voda. Ak sa tak stane, hovoríme o „čiernych fajčiaroch“.

Čierni fajčiari niekedy „bafkajú“ v početných skupinách na plochách stoviek metrov štvorcových. Na rýchlo sa pohybujúcich okrajoch kontinentov sú ich rozmery pomerne malé – bývajú do 15 m vysoké a niekoľko desiatok metrov dlhé. Naproti tomu na pomaly a stredne rýchlo sa pohybujúcich okrajoch kontinentov môžu byť 300 m dlhé a desiatky metrov vysoké. Ich rast sa začína, keď sa z hydrotermálneho roztoku vyzrážajú steny komínov tvorené anhydritom. Predlžovanie môže prebiehať pomerne rýchlo, ojedinele rýchlosťou až 30 cm za deň. Rast však nepokračuje len do dĺžky, ale aj do hrúbky. Tým chráni komínmi pretekajúcu tekutinu pred rapídnym ochladením a zriedením oceánskou vodou. Zlúčeniny železa, zinku a medi sa preto môžu vyzrážať z roztoku na vnútro stien komínov. Horúci roztok presakuje cez steny komína von, čím priebežne nahradzuje anhydrit kovovými minerálmi a vypĺňa dutinky v stene. Postupne sa takto komín rozrastá do ešte väčšej výšky, hrúbky aj objemu.

 

Mimoriadne horúce

Gejzíry a iné povrchové termálne vody patria do nízkoteplotného spektra hydrotermálnej činnosti. Teplota ich vôd siaha od niekoľkých desiatok stupňov až po bod varu. Len ich rezervoáry sú skutočne vysokoteplotné – s teplotou až do 300 °C. Na oceánskom dne nachádzame nízkoteplotné hydrotermálne pramene aj na oceánskej kôre staršej, a tým pádom vzdialenejšej od centrálnych riftov stredooceánskych chrbtov. Ale skutočne vysokoteplotné hydrotermálne pramene sú typické pre centrálnejšie oblasti. Tu najčastejšie nachádzame čiernych fajčiarov. Voda, ktorá v nich prúdi, je neobyčajne horúca. Dosahuje teplotu 300 až 400 °C, čo je 150 až 200 krát viac ako teplota vody v okolí. Rekordne najvyššia nameraná teplota dosiahla 464 °C a nachádzala sa v superkritickom stave na rozmedzí medzi tekutinou a plynom. Tento stav bol v prírode dlho neznámy. Napriek ultra vysokým teplotám vody v čiernych fajčiaroch zvyčajne nedochádza k jej varu. Môže za to tlak 100 až 300-násobne vyšší, než je tlak atmosféry. Voda v čiernych fajčiaroch nie je len mimoriadne horúca, ale zároveň je aj veľmi kyslá. Jej pH je niekedy na hranici 2,8, čo už zodpovedá octu! Každoročne nimi pretečie približne 140 miliárd ton takejto vody.

 

Znovu objavené

Hydrotermálna aktivita na veľmi ťažko dostupných miestach oceánskeho dna zostávala donedávna neznáma. Prvé výskumy s použitím hlbokovodných výskumných ponoriek sa začali až začiatkom 60. rokov minulého storočia v Červenom mori. V nasledovnej dekáde sa začal výskum stredooceánskych chrbtov v Atlantickom a Tichom oceáne. V roku 1977 boli napokon čierni fajčiari objavení a upútali pozornosť vedcov, ale aj ziskuchtivých špekulantov. Zistilo sa, že prísunom niektorých hlavných a stopových prvkov sa rovnajú (alebo dokonca prekonávajú) všetky rieky dokopy. Zároveň sú zdrojom veľkého množstva minerálov. Za ich vznik, okrem obohatenia vody o látky v kôre, zodpovedá aj rôznorodosť procesov a prostredí vyzrážania. Dochádza k nemu pri zohrievaní morskej vody, chladnutí hydrotermálneho roztoku, miešaní morskej vody s hydrotermálnym roztokom, reakciami hydrotermálnych minerálov s tekutinou, morskou vodou a horninami oceánskeho dna a taktiež reakciami s biologickým pričinením. Spomedzi vyzrážaného materiálu sú potenciálne významné predovšetkým bohaté nahromadenia rúd medi, zinku a železa. Pokiaľ sa v budúcnosti nájdu spôsoby na zníženie nákladov na ich ťažbu, môžu sa stať ekonomicky veľmi zaujímavé. Na niektorých miestach je ich ťažba možná a prevádzkovaná už dnes, ako napríklad na ložisku Mount Isa v austrálskom Queenslande. A prinajmenšom dve geologické spoločnosti s ňou začínajú aj na ďalších miestach.

Môže to znieť paradoxne, ale napriek svojej nedostupnosti boli podmorské hydrotermálne ložiská ťažené oveľa skôr, než v mysli človeka skrsla prvá myšlienka postaviť čosi ako ponorku. Už tisíce rokov predtým, než boli objavené stredooceánske chrbty, ľudia ťažili meď z ložísk nahromadených na dávnom, rozchádzajúcom sa oceánskom dne. Príčinou je, že niektoré významné rudné ložiská sú súčasťou fragmentov starého oceánskeho dna – ofiolitov, ktoré boli v hlbokej minulosti zlomovými a ďalšími geologickými pohybmi vyzdvihnuté a umiestnené na pevninu.

 

Ostrovy života

Na Zemi je len málo takých pustých miest, akým je oceánske dno. Život je tu taký zriedkavý, že samček čerta morského po strete so samičkou k nej prirastie, pretože je vcelku pravdepodobné, že by už žiadnu inú rybu svojho druhu nikdy nestretol. A takáto všeobecná sterilita od všetkého živého nie je prekvapujúca. Väčšina známeho života je závislá na slnku ako na prvotnom zdroji energie a tepla. Ibaže 3 km pod vodnú hladinu slnečné lúče preniknúť nedokážu. Existujú však aj miesta, ktoré sú doslova a do písmena ostrovmi života. Koncentrácia organizmov je tu až 100.000 krát vyššia ako v okolitom priestore. Týmito ostrovmi sú práve čierni fajčiari. Vyzrážané minerálne štruktúry sú tu styčnou plochou medzi morskou vodou a hydrotermálnymi roztokmi. Zabezpečujú tolerovateľné teploty pre život a dovoľujú organizmom profitovať z chemických zložiek oceánskej vody a hydrotermálnych roztokov. Základom potravinového reťazca sú tu archebaktérie a „pravé“ baktérie. Vytvárajú hrubé povlaky čerpajúce energiu zo spracovania tepla, metánu a zlúčenín síry v procese chemosyntézy – akomsi náprotivku k fotosyntéze. Ich hojnosť sem láka ďalších obyvateľov – slimáky, rôzne kôrovce, garnáty či kraby, obrovské lastúrniky, ulitníky, ryby, obrúčkavce alebo iné červy. Väčšinou obývajú miesta, kde mix okolitej vody s hydrotermálnymi roztokmi dosahuje teplotu približne 50 °C. Doposiaľ bolo na čiernych fajčiaroch objavených viac než tristo predtým neznámych druhov. Mnohé z nich nemôžu žiť nikde inde a sú veľmi neobvyklé. Napríklad pogonofóry, až 2,5 m dlhé červy patriace medzi obrúčkavce, nemajú žiadne ústa, žalúdok či iné súčasti tráviaceho traktu. V tele majú orgán naplnený baktériami, chemosyntetizujúcimi organické molekuly, ktoré sa dostávajú priamo do krvi týchto červov. V roku 2001 tu bol objavený slimák s pokožkou chránenou platničkami zo sulfidov železa – pyritu a geigitu. Pompejský červ zasa dokáže prežiť vo vode s teplotou 80 °C, kým niektoré baktérie odolajú aj teplote 113 °C. A pri pobreží Mexika, v hĺbke 2,5 km, kam nesiaha žiadne svetlo, bádatelia objavili neznámy druh fotosyntetizujúcej baktérie. Využíva slabú žiaru baktérií z čeľade Chlorobiaceae. Ide o prvý objavený organizmus, ktorý na fotosyntézu využíva iný zdroj svetla ako slnko.

 

 

Dušan Valent

foto SITA, Ch.Fisher / P.State, D.Kelley / J.Delaney, iStock

 

Celý článok si prečítate v GOLDMAN Best of 20 Years