В швах Земли: как разложение древней органики питает жизнь в океанских безднах

Около полувека назад зарождающаяся морская картография открыла любопытную картину: срединно-океанические хребты, подобно швам на бейсбольном мячу, пронзают дно океана, отмечая линии расхождения тектонических плит и подъёма магмы из недр планеты.

Недавно исследователи, отправив дистанционно управляемый аппарат (ROV) вглубь Норвежского моря к хребту Книповича, обнаружили в гидротермальных флюидах аномально высокие концентрации молекулярного водорода. Команда пришла к выводу, что этот водород, способный питать микробную активность, вероятно, образуется в результате разложения органического вещества. Результаты опубликованы в журнале Communications Earth and Environment.

Раздвигая плиты

В то время как многие горные цепи рождаются при столкновении тектонических плит, существуют и области их расхождения. Там магма поднимается к поверхности, формируя подводные вулканические хребты. Благодаря своему вулканическому происхождению и морской среде, эти хребты представляют собой химически активный «коктейль» из морской воды, осадочных пород и магматического материала. Однако многие из них остаются малоизученными из-за своей колоссальной глубины. «Нам предстоит ещё многое узнать об этих системах», — отмечает Александр Дихль, геохимик из центра MARUM Бременского университета (Германия).

Хребет Книповича у берегов Шпицбергена — один из самых медленных в мире: плиты здесь расходятся со скоростью всего около 14 мм в год (ногти растут вдвое быстрее). На медленнорасходящихся участках обычно меньше гидротермальной активности, поэтому они привлекают меньше исследовательского внимания, чем быстрые. Тем не менее, экспедиция 2022 года на судне R/V Maria S. Merian обнаружила здесь ранее неизвестные места выхода флюидов, включая классические «чёрные курильщики», и сообщества микробов, процветающих в полной темноте. Но тогда из-за негерметичных пробоотборников точное измерение газов не удалось.

Второй шанс и неожиданное открытие

В 2024 году учёные вернулись на хребет Книповича, вооружившись герметичными изобарическими пробоотборниками, которые сохраняют давление образца. «Они поддерживают давление внутри пробоотборника не только при подъёме, но и в лаборатории», — поясняет Дихль.

Проанализировав образцы гидротермальных флюидов с глубины около 3000 метров, команда обнаружила ожидаемые характеристики: высокое содержание кремнезёма, щелочной pH и низкие концентрации металлов, что типично для систем, где флюиды циркулируют через осадки. Однако настоящим сюрпризом стала аномально высокая концентрация молекулярного водорода — более чем в два раза выше прежнего рекорда для подобных осадочных гидротермальных источников.

«Водород крайне важен для многих форм жизни в глубоком океане, лишённых солнечного света. Множество организмов могут его использовать», — комментирует Джефф Сиволд, геохимик из Океанографического института Вудс-Хоул (США), не участвовавший в исследовании (именно он разработал концепцию использованных пробоотборников).

Разгадка источника водорода

Высокие концентрации водорода обычно связывают с системами, где присутствуют ультраосновные породы мантии. Но источники на хребте Книповича окружены континентальными осадками, «сползшими» с фьордов Шпицбергена. Компьютерное моделирование, проведённое командой, показало, что источником водорода, вероятнее всего, является разложение органического вещества, захороненного в этих древних осадках под действием высокой температуры и давления. Это открытие переворачивает прежние представления: оказывается, не только геохимические реакции с породами мантии, но и «переработка» древней органики может питать мощные водородные «оазисы» на дне океана.

«Гидротермальная система хребта Книповича — это настоящая фабрика по производству водорода», — говорит Сиволд. Это открытие имеет значение и для астробиологии: подобные процессы, теоретически, могут создавать условия для жизни в подлёдных океанах спутников планет-гигантов, таких как Энцелад или Европа. «Там потенциально может генерироваться значительное количество водорода, который затем способны утилизировать микробы».

Александр Дихль надеется вернуться в экспедицию на хребет Книповича. Это не только научно, но и невероятно увлекательно, признаётся он: «Большое удовольствие — сидеть за спинами пилотов ROV и в реальном времени исследовать мир, скрытый под тремя километрами воды».