Czym są doły oceaniczne?

Wgłębienia oceaniczne są otchłaniami w dnie morskim, które powstają w wyniku aktywności płyt tektonicznych Ziemi, które podczas zbieżności są popychane pod drugą.

Te długie i wąskie zagłębienia w kształcie litery V są najgłębszymi częściami oceanu i występują na całym świecie, osiągając głębokość około 10 kilometrów poniżej poziomu morza.

Na Oceanie Spokojnym znajdują się najgłębsze doły i są częścią tak zwanego „Pierścienia Ognia”, który obejmuje również aktywne wulkany i strefy trzęsienia ziemi.

Najgłębszą otchłanią oceaniczną jest Rów Mariany położony w pobliżu Wysp Marinów o długości ponad 1580 mil lub 2, 542 km, 5 razy dłużej niż Wielki Kanion w Kolorado, Stany Zjednoczone i średnio tylko 43 mile ( 69 km szerokości.

Tam znajduje się Otchłań Challengera, która na 10 911 metrach jest najgłębszą częścią oceanu. Podobnie groby Tonga, Kuriles, Kermadec i Filipiny mają ponad 10 000 metrów głębokości.

Dla porównania, Mount Everest ma wysokość 8848 metrów nad poziomem morza, co oznacza, że ​​Rów Mariany w swojej najgłębszej części ma ponad 2000 metrów głębokości.

Doły oceaniczne zajmują najgłębszą warstwę oceanu. Intensywna presja, brak światła słonecznego i mroźne temperatury tego miejsca czynią go jednym z najbardziej unikalnych siedlisk na Ziemi.

Jak powstają rowy oceaniczne?

Wgłębienia powstają w wyniku subdukcji, procesu geofizycznego, w którym zbiegają się dwie lub więcej płyt tektonicznych Ziemi, a najstarszy i najgęstszy pchany jest pod jaśniejszą płytą powodującą dno morskie i skorupę zewnętrzną (litosfera) zakrzywia się i tworzy zbocze, depresja w kształcie litery V.

Strefy subdukcji

Innymi słowy, gdy krawędź gęstej płyty tektonicznej spotyka się z krawędzią mniej gęstej płyty tektonicznej, gęstsza płyta pochyla się w dół. Ten typ granicy między warstwami litosfery nazywa się zbieżny. Miejsce, w którym najgęstsza płyta jest subdukowana, nazywane jest strefą subdukcji.

Proces subdukcji sprawia, że ​​doły są dynamicznymi elementami geologicznymi, są odpowiedzialne za znaczną część aktywności sejsmicznej Ziemi i często są epicentrum dużych trzęsień ziemi, w tym niektórych z największych zarejestrowanych trzęsień ziemi.

Niektóre rowy oceaniczne powstają w wyniku subdukcji między płytą ze skorupą kontynentalną a płytą ze skorupą oceaniczną. Skorupa kontynentalna zawsze unosi się bardziej niż skorupa oceaniczna, a ta druga zawsze będzie subdukowana.

Najbardziej znane rowy oceaniczne są wynikiem tej granicy między zbieżnymi płytami. Wykop Peru-Chile na zachodnim wybrzeżu Ameryki Południowej jest utworzony przez skorupę oceaniczną płyty Nazca, która subdukuje się pod skorupą kontynentalną płyty południowoamerykańskiej.

Wykop Ryukyu, który rozciąga się od południowej Japonii, jest ukształtowany w taki sposób, że skorupa oceaniczna filipińskich płyt subdukty pod skorupą kontynentalną płyty euroazjatyckiej.

Rzadko powstają doły oceaniczne, gdy spotykają się dwie płyty ze skorupą kontynentalną. Rów Marianów na południowym Pacyfiku powstaje, gdy imponująca płyta Pacyfiku zostaje podporządkowana najmniejszej i najmniej gęstej płycie Filipin.

W strefie subdukcji część stopionego materiału, która wcześniej była dnem morskim, jest zwykle podnoszona przez wulkany znajdujące się w pobliżu dołu. Wulkany często tworzą wulkaniczne łuki, wyspę górskiego łańcucha, która leży równolegle do dołu.

Rów Aleucki powstaje, gdy pod płytą północnoamerykańską w rejonie Arktyki między stanem Alaska w Stanach Zjednoczonych a rosyjskim regionem Syberii znajdują się subdukty płyty pacyficznej. Wyspy Aleuckie tworzą łuk wulkaniczny, który opuszcza Półwysep Alaski i na północ od Rówu Aleuckiego.

Nie wszystkie rowy oceaniczne są na Pacyfiku. Rów z Puerto Rico jest złożonym obniżeniem tektonicznym, które częściowo tworzy strefa subdukcji Małych Antyli. Tutaj skorupa oceaniczna ogromnej płyty Ameryki Północnej jest subdukowana pod skorupą oceaniczną najmniejszej płyty karaibskiej.

Dlaczego rowy oceaniczne są ważne?

Znajomość rowów oceanicznych jest ograniczona ze względu na głębokość i odległe położenie, ale naukowcy wiedzą, że odgrywają znaczącą rolę w naszym życiu na kontynencie.

Znaczna część aktywności sejsmicznej Ziemi ma miejsce w strefach subdukcji, co może mieć niszczycielski wpływ na społeczności przybrzeżne, a jeszcze bardziej na gospodarkę światową.

Trzęsienia ziemi na dnie morza powstałe w strefach subdukcji były odpowiedzialne za tsunami na Oceanie Indyjskim w 2004 r. Oraz trzęsienie ziemi Tohoku i tsunami w Japonii w 2011 r.

Badając rowy oceaniczne, naukowcy mogą zrozumieć fizyczny proces subdukcji i przyczyny tych niszczycielskich katastrof naturalnych.

Badanie pestek pozwala naukowcom zrozumieć nowe i różnorodne formy adaptacji organizmów z głębi morza do ich środowiska, które mogą mieć kluczowe znaczenie dla postępu biologicznego i biomedycznego.

Zbadanie, w jaki sposób organizmy głębinowe przystosowały się do życia w trudnych warunkach, może przyczynić się do lepszego zrozumienia wielu różnych obszarów badań, od leczenia cukrzycy po ulepszanie detergentów.

Naukowcy odkryli już mikroby zamieszkujące otwory hydrotermalne w otchłani morskiej, które mają potencjał jako nowe formy antybiotyków i leków na raka.

Takie adaptacje mogą również mieć kluczowe znaczenie dla zrozumienia pochodzenia życia w oceanie, ponieważ naukowcy badają genetykę tych organizmów, aby połączyć zagadkę historii o tym, jak życie rozszerza się między izolowanymi ekosystemami i ostatecznie poprzez oceany świata.

Ostatnie badania ujawniły również nieoczekiwane i duże ilości materiału węglowego nagromadzonego w dołach, co może sugerować, że regiony te odgrywają znaczącą rolę w klimacie Ziemi.

Ten węgiel jest konfiskowany w płaszczu Ziemi poprzez subdukcję lub pochłanianie przez bakterie w jamie.

Odkrycie to stwarza możliwości dalszego zbadania roli dołów zarówno jako źródła (poprzez wulkany i inne procesy), jak i jako rezerwuar obiegu węgla na planecie, który może wpływać na sposób, w jaki naukowcy ostatecznie rozumieją i przewidują wpływ gazów cieplarnianych wytwarzanych przez ludzi i zmiany klimatu.

Rozwój nowych technologii z głębin morskich, od zanurzalnych do kamer i czujników oraz próbników, zapewni naukowcom ogromne możliwości systematycznego badania ekosystemów jamek przez długi czas.

To w końcu pozwoli nam lepiej zrozumieć trzęsienia ziemi i procesy geofizyczne, przeanalizować, w jaki sposób naukowcy rozumieją globalny obieg węgla, zapewnić drogi do badań biomedycznych i potencjalnie przyczynić się do nowego wglądu w ewolucję życia na Ziemi.

Te same postępy technologiczne stworzą nowe możliwości dla naukowców do badania oceanu jako całości, od odległych linii brzegowych do pokrytego lodem Oceanu Arktycznego.

Życie w okopach oceanu

Rowy oceaniczne należą do najbardziej wrogich siedlisk na ziemi. Ciśnienie jest ponad 1000 razy większe od powierzchni, a temperatura wody jest nieco wyższa od temperatury zamarzania. Co ważniejsze, światło słoneczne nie przenika głębszych rowów oceanicznych, uniemożliwiając fotosyntezę.

Organizmy żyjące w okopach oceanicznych ewoluowały z niezwykłymi adaptacjami, które rozwijały się w tych zimnych i ciemnych kanionach.

Jego zachowanie jest testem tak zwanej „hipotezy interakcji wizualnej”, która mówi, że im większa jest widoczność organizmu, tym większa energia musi wydać na polowanie na zdobycz lub odpychanie drapieżników. Ogólnie rzecz biorąc, życie w ciemnych okopach oceanu jest izolowane iw zwolnionym tempie.

Ciśnienie

Ciśnienie na dnie Otchłani Challengera, najgłębszego miejsca na ziemi, wynosi 703 kilogramy na metr kwadratowy (8 ton na cal kwadratowy). Duże zwierzęta morskie, takie jak rekiny i wieloryby, nie mogą żyć na tej przytłaczającej głębokości.

Wiele organizmów, które rozwijają się w tych środowiskach pod wysokim ciśnieniem, nie ma narządów, które wypełniają się gazami, takimi jak płuca. Organizmy te, wiele związanych z rozgwiazdą lub meduzą, składają się głównie z wody i galaretowatego materiału, którego nie można zgnieść tak łatwo, jak płuca lub kości.

Wiele z tych stworzeń dobrze porusza się na głębokościach, aby każdego dnia przemieszczać się w pionie o ponad 1000 metrów od dna dołu.

Nawet ryby w głębokich dołach są galaretowate. Wiele gatunków ryb ślimakowych z główkami żarówek, na przykład, żyje na dnie rowu Mariana. Ciała tych ryb porównano z jednorazowymi chusteczkami.

Ciemne i głębokie

Płytkie rowy oceaniczne mają mniejszy nacisk, ale nadal mogą znajdować się poza obszarem światła słonecznego, gdzie światło przenika do wody.

Wiele ryb przystosowało się do życia w tych ciemnych dołach oceanicznych. Niektórzy używają bioluminescencji, co oznacza, że ​​produkują własne światło, aby żyć, aby przyciągnąć swoją ofiarę, znaleźć partnera lub odeprzeć drapieżnika.

Sieci żywnościowe

Bez fotosyntezy społeczności morskie zależą przede wszystkim od dwóch niezwykłych źródeł składników odżywczych.

Pierwszy to „śnieg morski”. Śnieg morski jest ciągłym spadkiem materiału organicznego z wysokości w słupie wody. Śnieg morski to głównie odpady, w tym odchody i pozostałości martwych organizmów, takich jak ryby lub wodorosty. Ten bogaty w składniki odżywcze śnieg morski karmi zwierzęta takie jak ogórki morskie lub wampiry kalmary.

Innym źródłem składników odżywczych dla sieci pokarmowych z rowów oceanicznych nie jest fotosynteza, ale chemosynteza. Chemosynteza to proces, w którym organizmy w okopie oceanicznym, takie jak bakterie, przekształcają związki chemiczne w organiczne składniki odżywcze.

Związki chemiczne stosowane w chemosyntezie to metan lub dwutlenek węgla wydalony z otworów hydrotermalnych, które uwalniają swoje gazy i gorące, toksyczne płyny do lodowatej wody oceanu. Powszechnym zwierzęciem, które zależy od bakterii chemosyntezy w celu uzyskania pożywienia, jest gigantyczny robak tubowy.

Poznawanie grobów

Doły oceaniczne pozostają jednym z najbardziej nieuchwytnych i mało znanych siedlisk morskich. Do 1950 r. Wielu oceanografów uważało, że te doły były niezmiennym środowiskiem, w którym nie było życia. Nawet dzisiaj większość badań w rowach oceanicznych opiera się na próbkach podłóg morskich i ekspedycjach fotograficznych.

To powoli się zmienia, ponieważ odkrywcy kopią głęboko, dosłownie. Otchłań Challengera na dnie Okopu Marianów leży głęboko na Oceanie Spokojnym w pobliżu wyspy Guam.

Tylko trzy osoby odwiedziły Challenger Abyss, najgłębszą otchłań oceaniczną na świecie: wspólną francusko-amerykańską załogę (Jacques Piccard i Don Walsh) w 1960 roku, osiągając głębokość 10 916 metrów i odkrywca w rezydencji National Geographic James Cameron w 2012 roku dochodząc do 10 984 metrów (dwie inne bezzałogowe ekspedycje zbadały także Otchłań Challengera).

Konstrukcja łodzi podwodnych do eksploracji rowów oceanicznych stanowi wspaniały zestaw wyjątkowych wyzwań.

Okręty podwodne muszą być niewiarygodnie silne i odporne na walkę z silnymi prądami oceanicznymi, zerową widzialnością i ogromnym naciskiem z Rowu Mariana.

Rozwijanie inżynierii do bezpiecznego transportu ludzi, a także delikatnego sprzętu, jest nadal dużym wyzwaniem. Okręt podwodny, który zabrał Piccarda i Walsha do Otchłani Challengera, niezwykłego Triestu, był niezwykłym naczyniem znanym jako batyskaf (łódź podwodna do badania głębin oceanu).

Głębokie zanurzenie Camerona, Deepsea Challenger, z powodzeniem rozwiązało wyzwania inżynieryjne w innowacyjny sposób. Aby zwalczyć prądy głębinowe, okręt podwodny został zaprojektowany tak, aby obracał się powoli, gdy opadał.

Światła w łodzi podwodnej nie były żarówkami lub świetlówkami, ale układami maleńkich diod LED, które oświetlały obszar około 30 metrów.

Być może bardziej zadziwiające, sam Deepsea Challenger został zaprojektowany do kompresji. Cameron i jego zespół stworzyli piankę na bazie syntetycznego szkła, która pozwoliła skompresować pojazd pod ciśnieniem oceanu. Deepsea Challenger powrócił na powierzchnię o 7, 6 centymetra mniejszy niż wtedy, gdy spadł.