Okeāna dzelme. Kas atklājas pašā apakšā?

LAI labāk saprastu to, ko redzēja Alvin komanda, ir vajadzīgs zināms priekšstats par zemeslodes uzbūvi. Kā tiek uzskatīts, zeme zem mūsu kājām sastāv no cieta slāņa (saukta par litosfēru), kas balstās uz daļēji izkusušu, lēni plūstošu iežu masas. Šis ārējais slānis vidēji acīmredzot ir aptuveni 100 kilometrus biezs, un tas veido tikai kādus 0,6 procentus no planētas kopējā tilpuma. Tā virsējā kārta jeb garoza ir nevienmērīga — zem kontinentiem tā ir biezāka, bet zem vidusokeāniskajām grēdām pat tikai 6 kilometrus bieza.

Turklāt šī cietā virskārta nesastāv visa no viena gabala kā veselas olas čaumala, bet ir it kā salauzīta vairākos lielos un daudzos mazākos blokos, ko sauc par tektoniskajām plātnēm. Šīs plātnes, kas veido kontinentus un okeānu baseinus, pārvietojas cita attiecībā pret citu. Tur, kur plātnes attālinās, tās pašķiras un veido vidusokeānisko grēdu riftus. Vidējais tektonisko plātņu pārvietošanās ātrums ir aptuveni trīs centimetri gadā.

Saskaņā ar plātņu tektonikas teoriju, plātnēm atvirzoties no grēdu sistēmas uz abām pusēm, karstā iežu masa no mantijas, zemeslodes daļas zem garozas, paceļas uz augšu. Šī karstā viela gar plātņu malām rifta zonā veido  jaunu okeānisko garozu, tomēr plātnes nesaplūst kopā. Tās turpina attālināties, padarot riftu sistēmu līdzīgu milzu brūcei, kas nekad nesadzīst.

Kamēr vidusokeānisko grēdu rajonā plātnei pievienojas jauni slāņi, tās otra mala palēnām slīd zem blakus esošās plātnes, iegrimst karstajā mantijā un saplūst ar to. Apgabalu, kur viena plātne paslīd zem otras, dēvē par subdukcijas zonu. Subdukcijas zonās atrodas dažas no pasaules dziļākajām aizām. Marianas dziļvaga Klusajā okeānā pie Guamas, piemēram, ir 11 kilometrus dziļa. Ja Everestu, augstāko sauszemes kalnu, ievietotu šajā dziļvagā, tā virsotne atrastos 2 kilometrus zem ūdens!

Toksīnu oāze

Pastiprinātās seismiskās aktivitātes un vulkāniskās darbības dēļ vidusokeānisko grēdu sistēmā izplūst neskaitāmas lavas straumes un karstie avoti. No karstajiem avotiem šļācas ārā pārkarsēts, indīgs ”virums”, kas sastāv no ūdens un tajā izšķīdušajiem Zemes dzīļu minerāliem. Taču pārsteidzošā kārtā šī nemīlīgā vide, kur spiediens turklāt ir simtiem reižu lielāks nekā okeāna virspusē, nevis atbaida dzīvību, bet, gluži otrādi, piesaista to lielā daudzumā! Te mājo simtiem dzīvo organismu sugu, piemēram, baktērijas, milzu gliemenes, kas sasniedz ap 30 centimetru garumu, kā arī visīpatnējākie no šejienes iemītniekiem — ap divus metrus gari pogonofori jeb cauruļtārpi,  kas veseliem bariem cieši piestiprinājušies pie okeāna dibena un izbāzuši no caurulēm koši sarkanos galus.

Kad karsto avotu apkārtnē sastopamos dzīvniekus izceļ no ūdens, tie ož pēc sapuvušām olām, taču šīs dvakas cēlonis nav vis pūšana, bet gan sērūdeņradis — smirdīga un indīga ķīmiska viela, ko bagātīgi satur karsto zemūdens avotu ūdens. Tajā ir arī augsts skābes saturs un tādi metāli kā varš, magnēzijs, dzelzs, cinks un citi. Bet šajā vidē, ko reizēm mēdz salīdzināt ar toksisko atkritumu glabātavu, cauruļtārpi un citi organismi nevis tik tikko velk dzīvību, bet veido plaukstošas kolonijas. Kā tas iespējams? Lai to izdibinātu, papētīsim tuvāk karsto avotu cauruļtārpus.

Dzīva mīkla

Pētīdami cauruļtārpus, biologi pārliecinājās, ka šie dzīvnieki ir īsta mīkla. Tiem nav ne mutes, ne gremošanas sistēmas. Radās jautājums: kā tad tie ēd un asimilē uzturvielas? Pēc tam tika izdarīts pārsteidzošs atklājums: izrādījās, ka cauruļtārpiem ir sarkanas asinis — nevis asinīm līdzīgs šķidrums, bet īstas, ar hemoglobīnu bagātas asinis, kas cirkulē to ķermeņos un sīkajos tausteklīšos, kuri klāj no caurulēm izvirzītos galus.

Jauni noslēpumi atklājās, kad biologi uzšķērda cauruļtārpa mīksto ķermeni. Tā audi saturēja milzum daudz baktēriju — katrā audu gramā to bija apmēram 10 miljardi. 1980. gadā kāda bioloģijas studente izteica domu, ka cauruļtārpi dzīvo ar simbiozes palīdzību (simbioze ir dažādu sugu organismu kopdzīve, kurā tie gūst savstarpēju labumu). Pētījumi ir apstiprinājuši viņas hipotēzi, pierādot, ka cauruļtārps apgādā ar barību baktērijas, kas tajā dzīvo, bet baktērijas savukārt baro cauruļtārpu.

Līdzīgi žaunām, cauruļtārpu taustekļi uztver vielas, piemēram, skābekli un oglekli, kas baktērijām nepieciešamas, lai ražotu barību. Taustekļi nešūpojas tieši svelmainajā straumē, kas izplūst no avota, — tā būtu pašnāvība —, bet tās robežas tuvumā, kur karstā avota ūdens sajaucas ar ledaini auksto okeāna ūdeni. Protams, uzturvielu ražošanas procesam ir vajadzīga enerģija. Uz sauszemes, kā arī okeāna augšējos slāņos enerģijas avots barības vielu sintēzei ir saules gaisma, kas nodrošina augu augšanu. Taču okeāna dzelmē, kur mitinās cauruļtārpi, saules gaisma neiespīd.

Enerģija no Zemes klēpja

Radītājs atjautīgi ir iekārtojis tā, lai ar karsto avotu un tik nepatīkami smirdošā sērūdeņraža starpniecību nepieciešamā enerģija tiktu piegādāta no Zemes dzīlēm. Pildīdams karsto avotu biocenozes ”saules gaismas” funkciju, sērūdeņradis nodrošina baktērijām enerģiju, kas tām vajadzīga, lai ražotu barības vielas. Baktērijas savukārt varētu nosaukt par karsto avotu biocenozes ”augiem”, jo tās ir visas šīs dzīvo organismu kopas barības ķēdes pamatā. *

Lai piesaistītu visas ķīmiskās vielas, kas baktērijām vajadzīgas, hemoglobīna molekulas cauruļtārpa asinīs ir 30 reižu lielākas nekā cilvēkam. Asinis piegādā šīs vielas izsalkušajām baktērijām, un baktērijas savukārt sintezē vielas, kas cauruļtārpam noder par barību.

Dzīvības pārpilnība

Nevienam radījumam, kas mīt karsto avotu tuvumā, nav jācieš bads, jo praktiski visu te klāj baktēriju sega, kas vietām ir centimetriem bieza. Siltajos ūdens mutuļos virs avotiem baktērijas reizēm sapulcējas lielos, virmojošos mākoņos, kas izskatās gluži kā sniegputenis, un veido savdabīgu dzīvu zupu. Daži dzīvnieki tāpat kā cauruļtārpi dzīvo simbiozē ar baktērijām, turpretī citi barojas ar tām. Karsto avotu ekosistēma ir tik produktīva un dzīvīga, ka to mēdz salīdzināt ar sāļajiem purvājiem, mitrajiem tropu mežiem un seklūdens koraļļu rifiem.

Šo avotu tuvumā jau ir atklātas aptuveni 300 jaunas sugas. Starp tām ir tādi dzīvnieki  kā milzīgas, baltas gliemenes (mūžīgās nakts valstībā pigments ir lieka greznība), astoņkāji un balti, ēdelīgi krabji, kas mielojas ar maigajiem cauruļtārpu galiem. Cauruļtārpiem savukārt ir aizsardzības reflekss — reaģējot uz briesmām, tie zibenīgi ievelk taustekļiem klātos galus iekšā caurulē.

Pie karstajiem avotiem dzīvo arī jūraszirnekļi, gliemeži, dejotājgarneles, airkāji, zušiem līdzīgas zivis, kas graciozi slīd pār baktērijām un sēra savienojumiem klātajām virsmām, dažādas nelielu cauruļtārpu sugas, tārpi un citi tārpveidīgi organismi, piemēram, zarnelpotāju suga, kas iesaukta par spageti tārpiem, un Pompeju tārpi. Spageti tārpi tiešām ir godam pelnījuši tādu nosaukumu, jo tie izskatās gluži kā uz klintīm uzkarinātas tievu, baltu makaronu saujas. Pompeju tārpi ir unikāli ar savu spēju izturēt lielu karstumu — līdz pat 80 Celsija grādiem. Protams, arī baktērijas, kas klāj Pompeju tārpus, spēj panest augstu temperatūru. *

Dīvainā gaisma

1985. gadā zinātnieki sev par pārsteigumu atklāja pie karstajiem avotiem peldvēžus, kam ir divi acīm līdzīgi orgāni, kuros ir gaismjutīgi ķīmiski savienojumi, taču nav lēcu. Gluži loģiski, tūlīt radās jautājums: ko gan šie dzīvnieki varētu saskatīt vietā, kur valda pilnīga tumsa? Lai to noskaidrotu, zinātnieki izmantoja ārkārtīgi jutīgu digitālu fotokameru, līdzīgu tām, ko lieto vāju zvaigžņu fotografēšanai. Viņi izslēdza visas savas gaismas un nofotografēja karsto avotu.

 Rezultāti bija pavisam negaidīti. Iegūtajā attēlā atklājās ”iespaidīgs, skaidri saskatāms blāzmojums ar krasi iezīmētu robežu” tajā vietā, kur karstā ūdens strūkla šaujas ārā no ”skursteņa”, raksta zinātniece Sindija Lī van Dovera. Vai minētie peldvēži kaut kā izmanto šo spokaino gaismu, kas ir neredzama cilvēka acīm? Lai kā tas būtu, atklājums, ka zemūdens karstie avoti spīd, ”paver pilnīgi jaunu lauku pētījumiem”, atzīmē Sindija van Dovera.

Pats lielākais un pats mazākais

Nesen okeāna dibenā kādā ar metānu bagātā apgabalā tika atrasta lielākā baktērija, kāda zinātnei pazīstama. Šie 1997. gadā atklātie gigantiskie mikroorganismi, kas pēc uzbūves atgādina kreļļu virteni, ir 100 līdz 200 reizes lielāki par vidēju izmēru baktēriju. Tie ir arī ļoti rijīgi un neatstāj nogulsnēs tikpat kā nekādas indīgo sēra savienojumu pēdas, tā padarot attiecīgo apvidu piemērotu citiem jūras iemītniekiem.

Okeāna dziļumos nesen tika atklāts arī organisms, kas, iespējams, ir pati mazākā dzīvā radība uz Zemes, taču tas atradās ne tikai zem ūdens, bet vēl piecus kilometrus dziļi zemē. Kā bija stāstīts laikrakstā The New York Times, šis atklājums, kas tika izdarīts rietumos no Austrālijas, bija ”tik dīvains, ka tas izraisīja karstas starptautiskas debates”. Galvenokārt strīdi izcēlās par jautājumu, vai nanobes, kā šos radījumus nosauca, tāpēc ka to lielums ir mērāms nanometros jeb metra miljardajās daļās, vispār ir dzīvi organismi. Nanobes pēc izskata atgādina sēnītes, tās ir aptuveni tik lielas kā vīrusi, tām ir DNS, un, šķiet, tās spēj ātri  vairoties, veidojot blīvas kolonijas.

Tā kā zinātnieki patlaban atklāj tādu dzīvības pārpilnību, daudzi no viņiem ir nonākuši pie domas, ka kopējā mikroorganismu masa, kas slēpjas Zemes garozas virskārtā, varbūt pat krietni pārsniedz dzīvo organismu masu uz šīs garozas. Šie atklājumi gatavo apvērsumu zinātniskajā domāšanā. Kāds zinātnieks izteicās: ”Pēdējo dažu gadu laikā mikrobioloģija ir atteikusies no dogmām. Šī nozare ir no jauna atklājusi pati sevi. Tagad tā būtībā ir pavisam jauna zinātne.”

Turklāt šie ievērojamie atklājumi ļauj mums saprast kaut ko tādu, kas sniedzas pāri zinātnisko atziņu robežām. Tas kodolīgi ir formulēts Bībelē, kur ir sacīts: ”[Dieva] neredzamās īpašības.. kopš pasaules radīšanas gara acīm saskatāmas viņa darbos.” (Romiešiem 1:20.) Piemēram, mēs pārliecināmies, ka Dievam ļoti rūp tīrība. Par to liecina baktērijas un citi okeāna radījumi, kas palīdz padarīt nekaitīgus daudzus potenciāli indīgus savienojumus, kuri izplūst no Zemes dzīlēm vai veidojas, sadaloties nogrimušajiem atkritumiem. Nav šaubu, ka Dievam rūp mūsu planētas un visu tās iemītnieku veselība. Kā mēs redzēsim nākamajā rakstā, šī Radītāja īpašība garantē lielisku nākotni visai dzīvībai uz Zemes.

[Zemsvītras piezīmes]

 [Papildmateriāls/Attēls 7. lpp.]

Kas ir karstie zemūdens avoti?

Vidusokeānisko grēdu sistēmas rajonā, kam raksturīga augsta vulkāniskā aktivitāte, jūras ūdens pa Zemes garozas plaisām lēni iesūcas dziļākos slāņos, kur ir ārkārtīgi karsts. Tur ūdens pārkarst, reaģē ar apkārtējiem iežiem un absorbē dažādus ķīmiskus savienojumus. Tad tas sāk celties augšup, sasniedz okeāna dibenu un izlaužas ārā, veidojot karsto avotu. ”Varenībā un krāšņumā šie karstie avoti ne ar ko neatpaliek no saviem sauszemes līdziniekiem,” teikts kādā avotā.

Ūdens, kas izplūst no zemūdens avotiem, mēdz būt gandrīz 400°C karsts — karstāks nekā kausēts svins! Bet augstā spiediena dēļ, ko rada kilometriem dziļais ūdens slānis, šis pārkarsētais šķidrums nepārvēršas tvaikos. Pārsteidzošā kārtā tikai nedaudzus milimetrus no karstās strūklas apkārtējā ūdens temperatūra parasti tikai par dažiem grādiem pārsniedz sasalšanas punktu. Karstajam ūdenim strauji atdziestot, tajā izšķīdušās minerālvielas izgulsnējas okeāna dibenā un izveido paugurus un ”skursteņus”, kas mēdz sasniegt ap 9 metru augstumu. Tika pat atklāts kāds ”skurstenis”, kura augstums bija 45 metri, bet diametrs — gandrīz 10 metri, turklāt tas vēl aizvien turpināja augt.

Karstie avoti var pēkšņi parādīties un tikpat pēkšņi izsīkt, tāpēc dzīve pie tiem ir ļoti nedroša. Tomēr daži organismi acīmredzot spēj izdzīvot, pēc avota izzušanas pārceļojot uz citiem avotiem.

[Norāde par autortiesībām]

P. Rona/OAR/National Undersea Research Program

[Papildmateriāls/Attēls 10. lpp.]

Degošais ledus

20. gadsimta 70. gados zinātnieki okeāna dibenā pie Ziemeļamerikas atklāja kādas ievērības cienīgas vielas iegulas. Šī viela ir metāna hidrāts, kas sastāv no sasaluša ūdens un metāna — viegli uzliesmojošas gāzes. Metānu izdala mikroorganismi, kas dzīvo nogulsnēs un pārtiek no organiskām vielām, kuras nosēžas okeāna dibenā. Metāns savienojas ar gandrīz sasalušā ūdens molekulām, veidojot metāna hidrāta kristālus. Šie kristāli ir kā sīciņi ledus slazdi, kuros iesprostotas metāna molekulas. Lai kristāli varētu veidoties, ūdens temperatūrai jābūt uz sasalšanas robežas un dziļumam ne mazākam par 500 metriem. Šādos apstākļos metāna hidrāta kristāli aug, un rodas dzirkstoša, sniegam līdzīga viela. Ja šīs vielas gabalu izceļ no ūdens un aizdedzina, tas deg ar sarkanīgu liesmu, līdz paliek pāri tikai ūdens peļķe.

Metāna hidrāts ir bagāts enerģijas avots. Zinātnieki lēš, ka tā krājumi kopumā aptuveni divas reizes pārsniedz visus fosilā kurināmā krājumus (pie fosilā kurināmā pieder tādi kurināmā veidi kā akmeņogles, nafta un dabasgāze, kurā viena no galvenajām sastāvdaļām arī ir metāns). Tomēr pagaidām šos milzīgos resursus nav iespējams izmantot, jo ārpus vides, kurā tas veidojies, metāna hidrāts ātri sadalās.

Arī metāna hidrāta iegulu vietās ir zemūdens avoti un ”skursteņi”, bet šeit no zemes izplūst auksts, nevis karsts ūdens kā no vidusokeānisko grēdu karstajiem avotiem. Bet, tā kā indīgie mutuļi, kas no tiem veļas, satur metānu, sērūdeņradi un amonjaku, tie uztur plaukstošas cauruļtārpu, gliemeņu, baktēriju un daudzu citu radījumu kolonijas. Šīs baktērijas patērē metānu, un no ķīmiskajiem atkritumiem, kas izdalās to dzīvības procesos, veidojas kaļķakmens — tā pati nekaitīgā viela, no kuras sastāv koraļļu skelets. *

[Zemsvītras piezīme]

[Shēma/Attēls 5. lpp.]

(Pilnībā noformētu tekstu skatīt publikācijā)

Zemes garoza

Mantija (daļēji izkususi)

Dziļvaga

Subdukcijas zona

Tektoniskā plātne

Rifts

Plātnēm attālinoties, veidojas rifti

[Attēls]

Vidusokeānisko grēdu sistēma vijas ap zemeslodi kā šuve ap tenisa bumbiņu

[Norāde par autortiesībām]

NOAA/Department of Commerce

[Karte 7. lpp.]

(Pilnībā noformētu tekstu skatīt publikācijā)

Okeāna lielākie rifti un dziļvagas

1. Marianas dziļvaga

2. Klusā okeāna Austrumu pacēlums

3. Galapagu rifts

4. Vidusatlantijas grēda

[Norāde par autortiesībām]

NOAA/Department of Commerce

[Attēls 8. lpp.]

Ēdamgliemenes

Ēdamgliemenes ir atrastas kilometra dziļumā Meksikas līcī, Grīnkanjonā

[Norāde par autortiesībām]

J. Brooks/OAR/National Undersea Research Program

[Attēls 8., 9. lpp.]

Cauruļtārpi

Maigajos taustekļos, kas klāj no caurulēm izbāztos galus, cirkulē ar hemoglobīnu bagātas asinis

[Norāde par autortiesībām]

OAR/National Undersea Research Program

 [Attēls 9. lpp.]

Krabji

Šie radījumi bieži barojas ar cauruļtārpiem

[Norāde par autortiesībām]

I. MacDonald/OAR/National Undersea Research Program

[Attēls 9. lpp.]

Milzu gliemenes

Šīs ap 30 centimetrus garās gliemenes tika atrastas 3 kilometru dziļumā

[Norāde par autortiesībām]

A. Malahoff/OAR/National Undersea Research Program

[Attēls 9. lpp.]

Dažas gliemenes tika uznestas virspusē

[Norāde par autortiesībām]

Photograph by William R. Normark, USGS

[Attēls 9. lpp.]

Peldvēži

Dažiem peldvēžiem ir divi acīm līdzīgi orgāni. Bet ko gan tie var saskatīt pilnīgā tumsā?

[Norāde par autortiesībām]

EMORY KRISTOF/NGS Image Collection

[Attēls 11. lpp.]

Nanobes

Vai tā ir vismazākā dzīvības forma uz Zemes?

[Norāde par autortiesībām]

Dr. Philippa J. R. Uwins/University of Queensland