10 دقیقه
یک وسیلهٔ سرنشین‌دار (HOV) که عمق اقیانوس آرام را کاوش می‌کرد، یک مجموعهٔ گستردهٔ هیدروترمال از دهانهها، دیوارههای کربناتی و ده‌ها منفذ را نشان داد که در کنار هم یک «شهر زیرآبی» پیش‌تر ناشناخته را تشکیل می‌دهند. پژوهشگران آزمایشگاه لاوشان و آکادمی علوم چین (CAS) این سامانه را میدان هیدروترمال کنلون نامیده‌اند. با گسترهٔ تقریبی 11.1 کیلومتر مربع (4.3 مایل مربع)، کنلون بیش از صد برابر از میدان مشهور Lost City در اقیانوس اطلس بزرگ‌تر است و حدود بیست دهانهٔ مشاهده‌پذیر در میان ساختارهای شکل‌گرفتهٔ دولومیت و کربنات دارد.
این کشف کنلون را در میان بزرگ‌ترین تجمع‌های شناخته‌شدهٔ چشمه‌های هیدروترمال قلیایی قرار میدهد — محیط‌هایی که مایعات نسبتاً گرم و غنی از هیدروژن را انتشار می‌دهند، نه پلاسم‌های داغِ سرشار از مواد معدنی که معمولاً با «دودکش‌های سیاه» همراه‌اند. دیوارههای کربناتی و برآمدگی‌های دندانه‌دار در محل برخورد سیالات گرم با آب‌های سرد اعماق از میان آب‌های بار ذره‌ای که اغلب «برف دریایی» خوانده می‌شود، می‌درخشند و چشم‌اندازی شبح‌وار و دگرگون‌شده توسط گرما ایجاد میکنند که در تصاویر درجا تقریباً مانند سراب به نظر می‌آید.
چارچوب زمینشناسی و فرایندهای شکلگیری
کنلون به‌طور قابلتوجهی با بیشتر چشمه‌های هیدروژنی پیشین متفاوت است؛ این چشمه‌ها معمولاً نزدیک مرزهای واگرای صفحه‌ها یا کناره‌های وسط‌اقیانوس (mid-ocean ridges) قرار دارند. در مقابل، کنلون حدود 80 کیلومتر غرب یک گودال در داخل صفحه کارولینا و شمال‌شرق پاپوآ گینه‌نو واقع شده است. تحلیل‌های زمینشناسی و ژئوشیمیایی نشان میدهد که این میدان زمانی شکل گرفته است که آب دریا به عمق سنگهای گوشته نفوذ کرده و واکنش‌های سرپنتینیزاسیون را آغاز کرده — فرایندی که در آن پریدوتیت غنی از اولیوین به کانی‌های سرپنتین تبدیل شده و هم‌زمان هیدروژن مولکولی و گرما تولید میکند.
پژوهشگران یک مدل شکلگیری چندمرحله‌ای پیشنهاد میکنند. در مرحلهٔ اولیه، نفوذ آب دریا و واکنش‌های سریع سیال-سنگ احتمالاً آزادسازی فشار بالا و یک فاز انفجاری را تحریک کرده که دهانه‌های بزرگی پدید آورد. شکستگی‌های بعدی گردش سیال و تولید هیدروژن را ادامه داد. در طول زمان زمین‌شناختی، رسوب‌گذاری کربنات کانال‌ها را به‌طور متناوب مسدود کرد و باعث شد هیدروژن به‌صورت دوره‌ای انباشته و سپس در رویدادهای کوچک‌تری آزاد شود. این چرخه‌های مکرر، لولهها و چالههای عمیق مشخص کنلون را به‌وجود آورد. بعضی از فرورفتگی‌ها بیش از 100 متر عمق و صدها متر پهنا دارند؛ حتی حوضچه‌های کم‌عمق‌تر معمولاً بیش از 30 متر عمق می‌رسند.
سرپنتینیزاسیون و هیدروژن ابیوتیک
سرپنتینیزاسیون نقش محوری در اهمیت کنلون دارد. تعامل بین آب دریا و سنگهای منشأ گوشته هیدروژن را به‌صورت ابیوتیک (بدون فعالیت زیستی) تولید میکند. تیم پژوهشی برآورد کرده است که تنها کنلون ممکن است تا 8٪ از جریان هیدروژن ابیوتیک زیردریایی جهانی را تأمین کند — سهمی چشمگیر برای یک میدان واحد. این جریان بالا، همراه با مقیاس فضایی و طول عمر سامانه، فرضیات مبنی بر این‌که تولید هیدروژن ناشی از سرپنتینیزاسیون محدود به مراکز گسترش وسط‌اقیانوس است را به چالش می‌کشد.
شیمی، دما و مقایسه با انواع دیگر چشمه‌ها
برخلاف دودکش‌های سیاه — که دمای بالا (اغلب >350°C) و دودهای سولفیدی و سرشار از مواد معدنی را منتشر میکنند — سیالات کنلون غنی از هیدروژن و نسبتاً خنک هستند و معمولاً زیر 40°C قرار دارند. این دماهای پایین‌تر و شرایط قلیایی، رسوب‌گذاری کربنات و دولومیت را ترجیح میدهد تا کانی‌سازی سولفیدی که در دودکش‌های سیاه معمول است. مثال دودکش‌های سیاه در اعماق دریا. (NOAA)
از آنجا که کنلون شباهت‌هایی با محیطهای قلیایی و غنی از هیدروژن دارد که برای زمین اولیه فرض شده‌اند، این سایت برای پژوهش‌های منشاء حیات اهمیت ویژه‌ای دارد. ترکیب جریان پایدار هیدروژن، سطوح کانیای فراهم شده توسط کربنات‌ها و میکرومحیط‌های ساختاریافته ممکن است شرایط مناسب برای شیمی پیشزیستی و اکو‌سیتسم‌های میکروبی شیمیسنتتیک که انرژی معدنی را به زیست‌توده تبدیل میکنند، فراهم آورد.
.avif)
زیست‌شناسی و پیامدهای بومشناختی
مشاهدات مستقیم و نمونه‌برداری‌ها در کنلون مجموعهٔ متنوعی از جانوران عمق‌دریا را نشان میدهد. میگوها، خرچنگ‌های نشسته (squat lobsters)، مرجانیان، و کرم‌های لوله‌ای سیبوگلینید در نزدیکی دهانهها و در زمین‌های کربناتی اطراف تجمع داشتند. احتمالاً این جانوران توسط جوامع میکروبی تأمین می‌شوند که از هیدروژن و دیگر ترکیبات احیاءشده انرژی شیمیایی استخراج میکنند — فرایندی که شبیه فتوسنتز است اما از انرژی شیمیایی به‌جای نور خورشید استفاده میکند.
ویدونگ سان، ژئوشیمیست دریایی از آکادمی علوم چین، بر پتانسیل زیستی سایت تأکید کرد و اشاره نمود که ترکیب جامعه و پیچیدگی زیستگاه‌ها حکایت از یک اکوسیستم شیمیسنتتیک پایدار و بلندمدت دارد. چاله‌ها و لوله‌های کربناتی گسترده زیستگاه‌های متنوع مکانی و گرادیان‌های شیمیایی پایدار را فراهم میکنند که میتواند تولیدکنندگان اولیه و سطوح بالاتر تروفیک را در دوره‌های طولانی حفظ کند — عواملی که هم برای بوم‌شناسی عمق‌دریا معاصر و هم برای فرضیه‌هایی دربارهٔ چگونگی پدیداری حیات در محیطهای باستانی مشابه اهمیت دارند.
اهمیت علمی و پیامدها برای مطالعات منشاء حیات
چشمه‌های هیدروترمال قلیایی بهعنوان گهواره‌های محتمل حیات روی زمین اولیه پیشنهاد شده‌اند، زیرا می‌توانند گرادیان‌های پروتون ایجاد کنند، گازهای احیاءشده مانند هیدروژن را تامین کنند و سطوح کانیای را فراهم کنند که واکنش‌های آلی را کاتالیز میکنند. مقیاس و تولید هیدروژن کنلون آن را به یک آزمایشگاه طبیعی نادر تبدیل میکند تا این ایده‌ها را در سطح یک سامانه — نه فقط یک دودکش منفرد یا خوشهٔ کوچک — آزمون کند.
پژوهشگران استدلال میکنند که لولهها و چالههای عمیق و بلندمدت کنلون میتواند محیط شیمیایی پایدارتری نسبت به برج‌های نازک کربناتی دیده‌شده در Lost City فراهم آورد. پایداری و دوام عوامل کلیدی در آزمایش‌های منشاء حیات‌اند: قرارگیری طولانی‌مدت در معرض انرژی و سطوح کاتالیزوری شانس ساخت پیچیدگی از مولکول‌های ساده را افزایش میدهد. از این رو، کنلون میتواند مدل‌های شیمی پیشزیستی و محدودیت‌های محیطی لازم برای پدیدآمدن حیات از مادۀ غیرزیستی را بهتر محدود کند.
اکتشاف، ملاحظات منابع و پژوهش‌های آینده
جریان بالای هیدروژن ابیوتیک کنلون پرسش‌هایی دربارهٔ هیدروژن اعماق دریا بهعنوان یک منبع احتمالی مطرح میکند. تیم پژوهشی پیشنهاد کرده است که این میدان میتواند هدف مدلی برای ارزیابی فناوری‌های استخراج هیدروژن زیردریایی باشد. با این حال، بهره‌برداری از این منبع با چالشهای فنی، بومشناختی و اخلاقی قابلتوجهی همراه است: کار در اعماق آب به زیربناها و سامانه‌های کنترل از راه دور قدرتمند نیاز دارد؛ استخراج هیدروژن بدون تخریب اکوسیستم‌های شیمیسنتتیک آسیب‌پذیر نگرانی عمدهٔ حفاظتی است؛ و مسائل حاکمیتی بینالمللی دربارهٔ بهره‌برداری از بستر دریا همچنان حل‌نشده باقی مانده‌اند.
اولویت‌های پژوهشی آینده شامل نقشه‌برداری گسترده‌تر، پایش‌های زمانی از شیمی و نرخ جریان سیالات، مطالعات میکروبیولوژیکی و ژئوبیولوژیکی برای مشخص‌کردن متابولیسم‌های میکروبی، و مدل‌سازیِ تکامل درازمدت و طول عمر چشمه‌ها است. اکتشاف‌های میان‌رشته‌ای مداوم — که شامل غواصی‌های HOV، ربات‌های تحت‌هدایت از راه دور (ROV)، ایستگاه‌های دریایی و آنالیزهای آزمایشگاهی می‌شود — برای کمّی‌سازی نقش کنلون در بودجه‌های ژئوشیمیایی جهانی و تولید زیستی ضروری خواهد بود.
دیدگاه کارشناسان
دکتر ماریا آلوسراس، ژئوشیمیست دریایی از دانشگاه لیسبون (توضیح کارشناسی)، می‌گوید: "کنلون پنجره‌ای نادر به سرپنتینیزاسیون در مقیاس بزرگ است. از منظر علمی، فرصت بی‌سابقه‌ای فراهم میکند تا بررسی شود جریان‌های پایدار هیدروژن چگونه شیمی و زیست‌شناسی را شکل می‌دهند. اما این کشف همچنین نیاز به توازن میان اکتشاف کنجکاوانه و حفاظت را برجسته میکند — این اکو‌سیستم‌ها ظریف‌اند و احتمالاً گونه‌ها و فرایندهایی را میزبانی میکنند که ما به‌خوبی نمی‌شناسیم."
"از نظر فنی، استخراج هیدروژن از چنین سامانه‌هایی از نظر اصولی ممکن است، اما مهندسی آن ساده نخواهد بود و باید معادل‌های بومشناختی با دقت سنجیده شود،" او افزود.
ماموریت پژوهشی و روش‌ها
میدان کنلون با ترکیبی از غواصی‌های مستقیم HOV، باتیمتری با وضوح بالا، بررسی‌های بصری و نمونه‌برداری درجا از سیالات مشخص شد. تحلیل‌های ژئوشیمیایی غلظت هیدروژن و دیگر گازهای محلول را کمی‌سازی و پروفیل‌های دما و pH را مشخص کردند. مطالعات پتروژنتیکی رسوبات کربناتی و دولومیتی همراه با نقشه‌برداری ساختاری از دهانهها و لولهها توالی پیشنهادی شکلگیری را روشن کردند. مطالعه‌ای که این نتایج را گزارش داده در Science Advances (2025) منتشر شده و سرپرستان تحقیق از جمله لیانفو لی و هونگیون ژانگ از آزمایشگاه لاوشان را فهرست میکند.
امکان کشف‌های بیشتر
کنلون نشان میدهد که سامانه‌های هیدروترمال بزرگ و غنی از هیدروژن ممکن است گسترده‌تر از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد وجود داشته باشند، به‌ویژه در زمینه‌های درون‌صفحه‌ای یا خارج از محور. اگر تولید هیدروژن ناشی از سرپنتینیزاسیون بتواند دور از ریج‌های وسط‌اقیانوسی عمل کند، همان‌طور که کنلون نشان میدهد، ممکن است «شهرهای زیرآبی» قابل‌توجه دیگری در اعماق اقیانوس منتظر کشف باشند. اکتشاف نظام‌مند اعماق دریا با بهره‌گیری از پلتفرم‌های خودکار و سرنشین‌دار برای شناسایی سایت‌های مشابه و درک سهم آنها در شیمی و تنوع زیستی اقیانوس‌ها حیاتی خواهد بود.
نتیجه‌گیری
میدان هیدروترمال کنلون نمونه‌ای چشمگیر از یک اکوسیستم گستردهٔ غنی از هیدروژن در اعماق دریاست که از نظر مساحت و تولید هیدروژن از Lost City پیشی می‌گیرد. جایگاه زمینشناسی، جریان ابیوتیک پایدار هیدروژن و زیستهای شیمیسنتتیک فراوان کنلون را به سایتی محوری برای مطالعاتی از منشاء حیات تا بوم‌شناسی عمق‌دریا و ارزیابی‌های منابع احتمالی تبدیل کرده است. اکتشاف میان‌رشته‌ای مداوم برای گشودن ارزش علمی این میدان و هم‌زمان تضمین حفاظت از جوامع زیستی منحصر به‌فرد آن ضروری است.
منبع: sciencealert
.avif)
نظرات