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A descoberta transforma a compreensão do esgotamento do hidrogênio no fundo do mar
É importante compreender melhor essas áreas vulcanicamente ativas, pois a química das aberturas do fundo do mar afeta a química dos oceanos de maneira mais geral.
Por Lehigh University - 10/08/2020


O veículo híbrido operado remotamente Nereus foi usado para coletar amostras do fundo do mar, além do veículo operado remotamente Jason II, nas aberturas Piccard em Mid-Cayman Rise. Crédito: Jill McDermott

A descoberta na década de 1970 de fontes hidrotermais, onde vulcões no fundo do mar produzem fluido quente superior a 350 graus Celsius, ou 662 graus Fahrenheit, mudou fundamentalmente a compreensão sobre a Terra e a vida. No entanto, a vida no fundo do mar e abaixo dela ainda é um mistério hoje.

É importante compreender melhor essas áreas vulcanicamente ativas, pois a química das aberturas do fundo do mar afeta a química dos oceanos de maneira mais geral. Além disso, o ambiente único do fundo do mar suporta processos biológicos e não biológicos que oferecem pistas sobre como a vida na Terra começou, como é sustentada ao longo do tempo e o potencial de vida em outros corpos planetários.

De acordo com a geoquímica Jill McDermott, professora do Departamento de Ciências da Terra e Ambientais da Universidade de Lehigh, estudos anteriores da química dos fluidos das fontes hidrotermais revelaram reduções em certas espécies de gás, como o hidrogênio molecular . Acredita-se que esses esgotamentos sejam causados ​​por comunidades microbiológicas que vivem no fundo do mar raso, coletivamente chamadas de biosfera submarina.

No entanto, os resultados de um novo estudo de McDermott e colegas contradizem essa suposição. Os pesquisadores analisaram amostras de fluido hidrotérmico à prova de gás do campo de ventilação mais profundo conhecido do mundo, o campo hidrotermal de Piccard em Mid-Cayman Rise, que está a uma profundidade de 4.970 metros, ou cerca de 16.000 pés abaixo do nível do mar. Eles observaram mudanças químicas em suas amostras, incluindo uma grande perda de hidrogênio molecular, que só poderia ser resultado de processos abióticos (não biológicos) e termogênicos (degradação térmica), pois as temperaturas dos fluidos estavam além dos limites que suportam a vida, entendeu a ser de 122 graus Celsius, ou cerca de 250 graus Fahrenheit, ou menos.

Os resultados foram publicados online hoje em um artigo "Reações redox abióticas em zonas de mistura hidrotérmica: disponibilidade de energia diminuída para a biosfera subsuperficial" no Proceedings of the National Academy of Sciences . Os autores adicionais incluem: Christopher German, Cientista Sênior em Geologia e Geofísica e Jeffrey Seewald, Cientista Sênior em Química e Geoquímica Marinha e Sean Sylva, Pesquisador Associado III, em Química Marinha e Geoquímica do Woods Hole Oceanographic Institution; e Shuhei Ono, Professor Associado, Instituto de Tecnologia de Massachusetts.

A autora principal Jill McDermott realizando uma análise química chamada titulação
para analisar o conteúdo de sulfeto de hidrogênio de amostras de fluido de ventilação
a bordo do R / V Falkor em 2013. Crédito: Julie Huber

"Nosso estudo descobriu que essas mudanças na química são impulsionadas por processos não biológicos que removem energia antes que as comunidades microbianas tenham acesso a ela", disse McDermott. "Isso pode ter implicações críticas para restringir a extensão em que os ciclos geoquímicos globais podem sustentar uma biosfera profunda e para o orçamento global de hidrogênio."
 
Ela acrescenta: "Isso também significa que a biosfera subterrânea está provavelmente recebendo menos energia do que qualquer um havia percebido anteriormente. O grau em que o consumo de hidrogênio não biológico na crosta oceânica pode reduzir o impacto da vida que habita o fundo do mar é um grande alvo para estudos futuros. "

Usando a análise química de gases dissolvidos, compostos inorgânicos e compostos orgânicos, a equipe descobriu que as amostras de fluidos de baixa temperatura se originaram da mistura entre a água do mar e os fumantes negros Beebe Vents, assim chamados porque o fluido expelido dos respiradouros se assemelha à fumaça preta de Uma chaminé. Nessas amostras de fluidos mistos, muitas espécies químicas são altas ou baixas em abundância, de acordo com McDermott. A amostra com as maiores variações na quantidade de gás tinha uma temperatura do fundo do mar de 149 graus Celsius, ou 300 graus Fahrenheit, uma temperatura que é quente demais para hospedar vida. Assim, concluíram, o processo responsável pelas mudanças geoquímicas não poderia envolver diretamente a vida.

As reações não biológicas que eles identificaram como responsáveis ​​por essas mudanças químicas incluem a redução de sulfato e a degradação térmica da biomassa e são apoiadas por considerações de balanço de massa, medições de isótopos estáveis ​​e cálculos de energia química.

As amostras foram coletadas durante duas expedições de pesquisa usando dois veículos operados remotamente, Jason II e Nereus, ambos projetados para exploração em águas profundas e para conduzir uma ampla gama de investigações científicas nos oceanos do mundo.

Muito quente para hospedar a vida, os fumantes pretos de alta temperatura Beebe
Vents servem como fonte de fluidos para zonas de mistura próximas que abrangem
a fronteira térmica entre ambientes habitáveis ​​e inabitáveis ​​abaixo do fundo do mar.
Todos os fluidos de ventilação foram coletados com amostradores de fluido hidrotérmico
de titânio à prova de gás que mantêm a pressão do fundo antes da recuperação da
amostra a bordo. Crédito: Chris German, WHOI / NASA, NSF / ROV
Jason / Woods Hole Oceanographic Institution

"Este foi um programa de campo realmente empolgante que forneceu uma rara oportunidade para explorarmos a complexa interação entre a química de um ambiente natural e a vida que ele suporta", disse Seewald. "Agora estamos em uma posição muito melhor para estimar a quantidade de vida microbiana que pode existir sob o fundo do mar."

Descoberto em 2010, o Campo Hidrotermal Piccard está localizado ao sul de Grand Cayman, no Caribe. As amostras de fluidos que os pesquisadores examinaram tiveram uma ventilação de 44 a 149 graus Celsius (111 a 300 graus Fahrenheit), proporcionando uma rara oportunidade para a equipe estudar a transição entre ambientes de suporte e não suporte de vida.

“O que é legal (quente) neste estudo é que conseguimos encontrar um conjunto de aberturas que ia de um ponto onde era quente demais até o ponto ideal”, diz German. "Aquele conjunto de circunstâncias particularmente fofo abriu a possibilidade de obter novos insights sobre o que a vida pode (ou não) ser capaz de fazer, abaixo do fundo do mar."

Mudanças na temperatura do fluido de ventilação hidrotérmica e na composição química são conhecidas por servir como um importante controle na estrutura e função da comunidade microbiana na crosta oceânica em todos os oceanos do mundo.

"Essa relação existe porque os fluidos hidrotermais fornecem energia para reações metabólicas microbianas específicas", diz McDermott. "No entanto, a questão inversa de se a química do fluido de ventilação é modificada pela própria vida ou, em vez disso, por processos não vivos, é uma questão importante que raramente é abordada."

A descoberta da equipe pode servir para abrir um novo caminho de exploração para avaliar se os processos não biológicos servem como controles importantes sobre a disponibilidade de energia, além dos processos microbianos.

 

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