Otchłań – planeta nad przepaścią (2)

“Chemosynteza na kominach geotermalnych to przełom w kwestii naszego myślenia o życiu, nie tylko na Ziemi, ale też w innych miejscach.” – Helen Scales, 2022, „Otchłań, ukryte życie oceanów…”

Ciepło-zimno – kominy hydrotermalne

Na początku lat 90. Michael Russel z JPL/NASA wskazał na kominy hydrotermalne jako miejsca powstania życia komórkowego na Ziemi [1]. Astrobiolodzy spoglądali już wtedy w stronę kominów imaginowanych w oceanach Europy i Enceladusa. W 2017 r. we fragmentach pierwotnej skorupy oceanicznej w północnej Kanadzie odkryto mikroskopijne rurki i włókienka hematytu, mające ten sam kształt co drobnoustroje żyjące obecnie na kominach hydrotermalnych. Skały te wydatowano na co najmniej 3,77 mld lat i są to najstarsze znane skamieliny z pozostałościami żywych komórek (niektórzy datują je na 4,28 mld lat). W 2019 r. w University College London w reaktorach hydrotermalnych zaobserwowano powstające protokomórki.

Kominy hydrotermalne (ang. hydrothermal vent) powstają w wyniku wytrącania się minerałów z wody podgrzewanej wulkaniczną magmą, kiedy ta styka się z chłodną wodą oceanicznych głębin. W minerały wzbogaca się, przesiąkając wcześniej przez skały. Grzana ogniem gorącego jądra planety woda może mieć temperaturę ponad 400°C (tzw. czarne kominy, białe mają temperaturę tylko kilkudziesięciu stopni). Ogromne ciśnienie panujące na głębokości kilku tysięcy metrów sprawia jednak, że nie zamienia się ona w parę. W zależności od unoszonych minerałów, woda wypływająca z kominów przypomina biały lub czarny dym. Rosną głównie wzdłuż grzbietów oceanicznych.

Oceaniczne generatory życia nie muszą być ekstremalnie gorące. W 1983 r. z pokładu batyskafu Alvin w Zatoce Meksykańskiej (na głębokości 3200 m) odkryto ekosystem oparty na chemosyntezie metanu i siarkowodoru, przesiąkających przez morskie dno. To tak zwany zimny wysięk (ang. Cold seep) i znamy odtąd tysiące innych, umieszczonych wzdłuż pęknięć dna morskiego ponad złożami ropy naftowej, gazu ziemnego czy solanki.

Konwencja o Prawie Morza

„Głębiny oceanów to ostatnia ogromna, niezdobyta przestrzeń, którą możemy sobie podporządkować i wykorzystać. Gdybyśmy się na to zdecydowali, wpisalibyśmy się w odwieczny ciąg rabunkowej eksploatacji zasobów naszej planety. Niezależnie od tego, czy chodzi o kopalnie złota, szyby naftowe, masowe wybijanie bizonów na Wielkich Równinach Ameryki Północnej czy też o trawlery niszczące pradawne systemy podmorskich gór, zawsze postępujemy tak samo…” – Helen Scales, 2022, „Otchłań, ukryte życie oceanów…”

Dno oceanu wód międzynarodowych regulowane jest przez Konwencję Narodów Zjednoczonych o Prawie Morza (UNCLOS). Zgodnie z traktatem, dno i jego zasoby są wspólnym dziedzictwem ludzkości i obowiązuje to wszystkie państwa, niezależnie od tego, czy ratyfikowały one konwencję, czy nie. Międzynarodowa Komisja Dna Morskiego (ang. International Seabed Authority – ISA) miała zacząć od lipca 2023 r. wydawać pozwolenia na eksploatację z oceanicznego dna konkrecji polimetalicznych. Opóźniono jednak wydanie pierwszej decyzji do roku 2024, kiedy i tak upływa okres odpowiedzi na wniosek na rzecz górniczego konsorcjum The Metals Co. złożony przez wyspiarskie państwo Nauru.

Gerard Barron, prezes The Metals Co., od lat lansuje tezę, że odkrywkowe wydobycie metali z dna oceanicznego, będzie mieć mniejszy wpływ na środowisko naturalne niż kopalnie na lądzie. Problem w tym, że nadal nie jesteśmy w stanie tego wpływu ocenić, a zgromadzone dane sugerują, iż będzie on dla ekosystemu dna i oceanicznych głębi nieodwracalną destrukcją. Prócz dewastacji dna w grę wchodzi również niszczenie podwodnych gór i kominów hydrotermalnych. Głównym przedmiotem zainteresowania korporacji górniczych jest obecnie Clarion-Clipperton Zone (CCZ) na północno-wschodnim Pacyfiku, między Hawajami i Kiribati a Meksykiem.

Górnicze El Dorado?

„Wszystko wskazuje na to, że nie da się eksploatować zasobów oceanicznych w zrównoważony sposób. Przemysł wydobywczy doprowadzi do zniszczenia różnorodnych biologicznie podmorskich ekosystemów i wszelkich znajdujących się w nich leczniczych bogactw.” – Helen Scales, 2022, „Otchłań, ukryte życie oceanów…” [2]

Założono, że przed rozpoczęciem eksploatacji oceanicznego dna należy przeprowadzić naukowy rekonesans ekosystemu i określić wpływ górnictwa głębokomorskiego na środowisko. W czerwcu 2023 r. grupa naukowców pod kierownictwem Adriana Glovera z brytyjskiego Muzeum Historii Naturalnej opublikowała na łamach „Current Biology” [3] status inwentaryzacji życia na terenie strefy Clarrion-Clipperton (CCZ). Od 2016 r. zarejestrowano tam 5578 nieznanych nauce gatunków, z czego ledwie 436 zdołano do tej pory opisać. Naukowcy szacują, że bioróżnorodność CCZ sięga co najmniej 6-8 tys. gatunków, z czego 88-92 proc. może nie występować nigdzie indziej.

Strefa Clarion-Clipperton ma w przybliżeniu 6 mln km² i rozciąga się między uskokami Clariona i Clippertona od 5° do 20° szerokości geograficznej północnej i między 115° a 160° długości geograficznej zachodniej. To obszar niewiele mniejszy od Australii. Na dnie zalegają konkrecje polimetaliczne, które tworzyły się przez miliony lat. Są bogate w mangan, miedź, siarczki niklu i siarczki kobaltu, niezbędne do budowy aut elektrycznych oraz naszych tabletów i smartfonów.

Jak dotąd ISA wydała 31 koncesji na naukową eksplorację głębin. Otrzymały je: Polska, Chiny, Rosja, Korea Południowa, Wielka Brytania, Francja, Belgia, Indie, Brazylia, Japonia, Jamajka oraz Nauru, Kiribati i Tonga (trzy ostatnie promują The Metals Co.). Przeciw pozyskiwaniu metali z oceanicznego dna są na razie: Irlandia, Szwecja, Francja, Niemcy, Hiszpania, Nowa Zelandia, Kostaryka, Chile, Panama, Palau, Fidżi, Vanuatu i Federacja Stanów Mikronezji. Do wydobycia prze Norwegia, Nauru, Kiribati i Tonga. Giganci jak Samsung i Google czy Volvo i BMW zarzekają się, że nie chcą używać minerałów pozyskanych w ten sposób, jednakże geopolityka i wzrastający problem z dostępem do metali ziem rzadkich, mogą tę perspektywę zmienić.

W czym leży problem górnictwa oceanicznego?

„Nawet gdybyśmy znaleźli jednorożce żyjące na dnie oceanu, nie sądzę by powstrzymało to wydobycie.” – Daniel Jones, Brytyjskie Narodowe Centrum Oceanografii [4]. Życie narodziło się w oceanie i wciąż z oceanu czerpie. Ledwie parę lat temu pewna dama perorowała w social mediach, że nie będzie wracać do średniowiecza i rezygnować z plastiku. Chodziło o zwykłe rurki w drinkach, ale problem jest znacznie szerszy. Dziś mikroplastik jest wszędzie, nawet w strumieniach Antarktydy [5]. Wpływa na zooplankton uwijający się przy podstawie wielkiej drabiny pokarmowej życia [6]. Nie jest już tajemnicą, że sól morska zawiera spore ilości mikroplastiku [7].

W 2018 r., kiedy wykonano pierwsze badanie w tym kierunku, w oceanach Ziemi wylądowało już około 400 mln t tworzyw sztucznych. Mikroplastik powoduje uszkodzenia tkanek, karłowatość, choroby, a nawet śmierć ryb [8]. Jednak najgorsze, że ląduje w naszym łańcuchu pokarmowym. Przeciętny dorosły spożywa dzięki temu rocznie kilka tysięcy cząstek mikroplastiku. Czy wiemy już i pogodziliśmy się z tym, jaki wpływ ma ten proces na nasze zdrowie i życie?

Nie inaczej będzie z górnictwem morskim. Osady unoszące się w wodzie będą zatykać aparaty filtracyjne organizmów, takich jak gąbki, mszywioły i małże, zabijając je. Odpady poflotacyjne trafią do kanapek i sałatek z tuńczykiem. Nieliczni ujrzą na własne oczy skutki górniczej eksploatacji głębin, ale co z zanieczyszczeniami, które trafią do układów pokarmowych ludzi? Czy będziemy je ignorować, tak jak mikroplastik w mięsie ryb, soli morskiej i butelkach z wodą?

Kopalnie w głębinach zniszczą całe gatunki wraz z ich siedliskami, bo na wyeksploatowane tereny życie nie będzie miało możliwości powrotu. Górnictwo głębokomorskie może spotęgować kryzys klimatyczny, odwracając efekt pompy i kierując ku powierzchni węgiel uwięziony w głębinach albo 25 razy bardziej niebezpieczny pod tym względem metan ze zniszczonych kominów hydrotermalnych, które, podobnie jak konkrecje polimetaliczne, są postrzegane jako źródła surowca. Naukowcy ostrzegli, że utrata bioróżnorodności oceanicznego dna będzie pewna i nieodwracalna w ludzkiej skali czasu. Wszystko wskazuje na to, że tak jak w filmie “Awatar” Jamesa Camerona, zniszczymy ten świat, zanim go poznamy. W przeciwieństwie do filmu, oceaniczna głębia to jednak nasz świat, a nie obca planeta.

Zaginione Miasto

Zaginione Miasto, wspominane we wstępie, to miejsce jedyne w swoim rodzaju w skali całej planety. Zostało odkryte w 2000 r. i nazwane na cześć Atlantydy. Rosną tu białe kominy węglanowe, które mają delikatną i skomplikowaną strukturę. Najwyższy ma 60 m wysokości i aż 30 m średnicy. Jest to najstarsze znane pole hydrotermalne Ziemi, działające nieprzerwanie od 30 tys. lat. Stanowisko znajduje się na południe od Azorów i na zachód od osi Grzbietu Środkowoatlantyckiego, na głębokości 750-850 m.

Zachodzące tutaj procesy geochemiczne i mikrobiologiczne są nadal przedmiotem badań, lecz wiadomo, że zachodzi tu wspominane w „Pozaziemskich oceanach” zjawisko serpentynizacji, a 58 proc. rozpoznanej do tej pory makrofauny to endemity. Kominy sączą mocno zasadowy płyn o temperaturze 40-75°C, ubogi w metale, ale bardzo bogaty w wodór i metan [9]. Kominy, nazywane: IMAX, Poseidon, Seeps i Nature, podtrzymują niezwykle różnorodną gatunkowo biomasę. Odgrywa się tu prawdziwe biologiczno-chemiczno-geologiczne przedstawienie i w takim właśnie miejscu, przed miliardami lat, mogło powstać życie na Ziemi. Zaginione Miasto to unikalny biotop, jedno z najważniejszych, najbardziej drogocennych stanowisk w głębinach Oceanu.

Polski akcent

Działka, którą posiada Polska na terenie pacyficznej strefy Clarion-Clipperton, nie jest naszym jedynym oceanicznym zasobem. W 2017 r. ISA przyznała rządowi Rzeczypospolitej Polskiej piętnastoletni kontrakt na eksplorację obszaru Grzbietu Środkowoatlantyckiego. Na terenie polskiej działki znajdują się dwa stanowiska kominów hydrotermalnych: Złamana Ostroga (ang. Broken Spur) i… Zaginione Miasto (ang. Lost City). W obydwu występują odmienne sieci łańcuchów pokarmowych, przy czym modelowana, ta z Zaginionego Miasta, zdaje się dwakroć bardziej efektywna.

Oba charakteryzuje również wysoki procent endemizmu. Umowy zobowiązują kontrahentów do przeprowadzania badań środowiskowych oraz opracowania programów monitoringu, jednak poza szczątkową ilością danych dotyczących Zaginionego Miasta [10] i Złamanej Ostrogi [11] obszar ten jest w przeważającej części niezbadany. Zaginione Miasto nie posiada zasobów mineralnych, interesujących z perspektywy górnictwa głębokomorskiego. Głównym zagrożeniem ekosystemu Zaginionego Miasta jest wpływ odpadów poflotacyjnych związanych z wydobyciem głębinowym konkrecji polimetalicznych, jeżeli będzie ono realizowane w sąsiednich lokalizacjach [12].

Apteka

Jak podaje Scales, z oceanu pochodzi 30 tys. substancji bioaktywnych, w tym halichondryna B, z której produkowany jest lek używany w leczeniu raka piersi (pozyskiwana z gąbek), substancje zwalczające wywołującego malarię zarodźca sierpowego (pozyskiwane z gąbek), hamujące rozprzestrzenianie lekoodpornych linii komórek raka jajnika (pozyskiwane z liliowców), zwalczające białaczkę (pozyskiwane z osłonic) czy substancja wyłączająca kluczowy enzym HIV (pozyskiwana z grzybów żyjących w mule na Morzu Południowochińskim). Znalezione na dnie Rowu Mariańskiego bakterie mają zdolność zwalczania komórek nowotworowych, podobnie jak związki odkryte w małżach z kominów hydrotermalnych Grzbietu Środkowoatlantyckiego. Jaka wiedza, istotna dla przetrwania ludzkości, ucieknie nam bezpowrotnie, jeśli zniszczymy Zaginione Miasto?

Helen Scales nawołuje do zapisania, dla odmiany, szlachetnej karty w historii ludzkości. Wzywa do objęcia podmorskiego królestwa całkowitym zakazem rybołówstwa głębokomorskiego oraz wydobycia surowców od szczytu strefy zmierzchu po otchłań rowów oceanicznych, na wzór Układu Antarktycznego z 1959 r. Dzięki temu naukowcy mogliby kontynuować badania unikalnych ekosystemów, szukać bioaktywnych cząstek i inspiracji dla nowych leków. To piękne, ale na tej planecie to przecież tak nie działa… Autorka nawołuje do rezygnacji z prywatnych samochodów i ograniczenia liczby lotów, do nacisków na rządy, by zrealizowały zmiany najpóźniej w tej dekadzie. Zatem, czy zrezygnujemy ze swych aut i wakacyjnych podróży, by patrzeć jak nasi przywódcy używają dziesiątek małych odrzutowców, by w dobie Internetu spotkać się w Davos i o tym porozmawiać?

Żądanie globalnego przejścia z aut spalinowych na elektryczne na koszt ich posiadaczy w obecnej sytuacji ma zasadniczą wadę – poza niedojrzałością infrastruktury i niepewnością co do technologii – do budowy tylu akumulatorów będą niezbędne konkrecje polimetaliczne z oceanicznego dna, tak ze strefy Clarion-Clipperton, jak i z Grzbietu Środkowoatlantyckiego i pewnie wielu innych nieodkrytych jeszcze miejsc. Zamykanie elektrowni węglowych w Europie tylko po to, by ściągać prąd z nowo budowanych bloków węglowych w Chinach w najlepszym wypadku zbilansuje tylko emisję szkodliwych dla środowiska i klimatu gazów w skali naszej planety [13]. Czy zatem jest nadzieja dla dalszego rozwoju ludzkości bez niszczenia Ziemi, które doprowadzi nas do samozagłady?

Odpowiedź może kryć się w gwiazdach, a konkretnie w bliskich planetoidach. Przypadkiem, przed “Pozaziemskimi oceanami” Petera Handa i “Otchłanią” Helen Scales moją lekturą były “Asteroidy: Jak miłość, strach i chciwość zadecydują o naszej przyszłości w kosmosie”, autorstwa Martina Elvisa i Czas kosmosu Roberta Zubrina. Przedstawione tam szanse i wyzwania stają się odpowiedzią na problemy postawione przez Scales. Ludzkość powinna na poważnie zwrócić oczy ku gwiazdom… [14].

---

W artykule korzystałem m.in. z prac:

[1] Zgodnie z tą teorią życie na Ziemi zaczęło się 4,2 mld lat temu, dzięki reakcjom redoks na granicy mocno alkalicznej wody o temperaturze 150°C, tryskającej z kominów hydrotermalnych z kwaśną wodą hadejskiego oceanu o temperaturze 90°C; M.J. Russel i A.J. Hall (1997) The emergence of life from iron monosulphide bubbles at a submarine hydrothermalredox and pH front. „Journal of the Geological Society” 154:377–402.

[2] Helen Scales (2022) Otchłań: Ukryte życie oceanów i grożące mu niebezpieczeństwo, Copernicus Center Press

[3] Muriel Rabone et al. (2023) How many metazoan species live in the world’s largest mineral exploration region?, „Current Biology” 33:2383–2396 https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.04.052

[4] Helen Scales (2022) Otchłań: Ukryte życie oceanów…

[5] Mikroplastik w strumieniu na Wyspie Livingstone’a; Miguel González-Pleiter et al. (2020) First detection of microplastics in the freshwater of an Antarctic Specially Protected Area. „Marine Pollution Bulletin” 161: 111811 https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2020.111811.

[6] Zara L.R. Botterell et al. (2019) Bioavailability and effects of microplastics on marine zooplankton: A review*. „Environmental Pollution” 245:98-110 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.10.065.

[7] Dystrybucja mikroplastiku w soli morskiej: Kim Ji-Su et al. (2018) Global Pattern of Microplastics (MPs) in Commercial Food-Grade Salts: Sea Salt as an Indicator of Seawater MP Pollution, „Environmental Science and Technology” 52(21):12819–12828 https://doi.org/10.1021/acs.est.8b04180

[8] Anja Rebelein et al. (2021) Microplastic fibers — Underestimated threat to aquatic organisms?, „Science of The Total Environment” 777, 146045, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146045.

[9] Gretchen L. Früh-Green et al. (2003) 30,000 Years of Hydrothermal Activity at the Lost CityVent Field, „Science” 301:495-498 https://10.1126/science.1085582.

[10] Teresa Radziejewska et al. (2022) Benthic biology in the Polish exploration contract area of the Mid- Atlantic Ridge: The knowns and the unknowns. A review. „Frontiers in Marine Science” 9. https://doi.org/10.3389/fmars.2022.898828.

[11] Pole hydrotermalne Broken Spur odkryto w 1993 r. na stoku rowu wulkanicznego w północnej części Grzbietu Środkowoatlantyckiego, na południe od Azorów. Jest tutaj kilkanaście czarno dymiących kominów o wysokości od kilku do kilkudziesięciu metrów. Stanowisko jest istotne jako strefa hybrydyzacji dwóch gatunków głębinowych małż (Bathymodiolus azoricus i B. puteoserpentis), z północnej i południowej części Grzbietu. Żyje tu wiele głębinowych stworzeń, które nie mają polskich nazw: Mariana Cruz et al. (2022) Reproductive Traits of the Vent Crab Segonzacia mesatlantica (Guinot, 1989) From the Mid-Atlantic Ridge. „Frontiers in Marine Science” 9. https://doi.org/10.3389/fmars.2022.900990.

[12] David E. Johnson (2019) Protecting the lost city hydrothermal vent system: All is not lost, or is it?. „Marine Policy” 107,103593 https://doi.org/10.1016/j.marpol.2019.103593.

[13] (PAP 2023) Chiny: elektrownie węglowe. W realizacji liczba gigawatów, wystarczająca do zaopatrzenia w energię całych Niemiec, https://www.pap.pl/aktualnosci/chiny-elektrownie-weglowe-w-realizacji-liczba-gigawatow-wystarczajaca-do-zaopatrzenia-w

[14] NASA planuje w 2025 r. załogową misję do asteroidy 1999 AO10 z grupy NEO (Near Earth Object). Do tej pory na Ziemię wróciły już próbki z trzech asteroid: 25143 Itokawa (japońska misja Hayabusa 1 w 2010 r.), 162173 Ryugu (Hayabusa 2 w 2020 r.) i 101955 Bennu (NASA OSIRIS-REx w 2023 r.).