Podwodne jeziora solankowe – śmiercionośne, a jednak pełne życia

Podwodne jeziora solankowe to jedna z największych zagadek oceanografii. Gęsta, niemieszająca się z otaczającą ją wodą solanka leży na dnie oceanu i tworzy coś, co wygląda jak odrębny zbiornik wodny, ale jest tak toksyczna, że każde stworzenie, które tam wpłynie, powinno ginąć niemal natychmiast. A jednak, wbrew logice, niektóre formy życia nie tylko tam przetrwały, a wręcz się rozwijają.

Czym są podwodne jeziora solankowe?

Choć samo pojęcie podwodnego jeziora brzmi jak oksymoron, to z perspektywy nauki ma ono wiele sensu. Solanki o nadzwyczaj wysokim stężeniu soli nie mieszają się z wodą morską i są tak gęste, że tworzą na dnie wyraźne struktury, za granicami których zaczyna się inny świat.

Zasolenie w takich jeziorach często osiąga nawet 5-8 razy wyższe wartości niż w otaczających je wodach, a granica jest tak wyraźna, że w ujęciach z podwodnych kamer można odnieść wrażenie, iż na dnie leży zupełnie osobny zbiornik wodny.

To jednak nie koniec osobliwości. W obrębie takich jezior często stwierdza się obecność toksycznych gazów, w tym siarkowodoru czy metanu. Ich koncentracja jest śmiertelna dla większości organizmów morskich, a powstające tam niekiedy cmentarzyska ryb i skorupiaków stanowią dowód na to, jak zabójcze jest to środowisko.

Jak powstają podwodne jeziora solankowe?

Podwodne jeziora solankowe, podobnie jak wiele innych zjawisk geologicznych, powstają w wyniku skomplikowanych procesów zachodzących na przestrzeni tysięcy, a nawet milionów lat. Można wyróżnić co najmniej kilka mechanizmów formowania się tych niezwykłych zbiorników.

Dawne słone równiny, zalane przez morze

W niektórych miejscach na dnie oceanów znajdują się warstwy soli osadzonych jeszcze w czasach, gdy dany region był częścią lądu. Z czasem, gdy wody morskie zalały te obszary, sole uległy częściowemu rozpuszczeniu, tworząc maksymalnie stężone solanki w zagłębieniach.

Aktywność hydrotermalna

Gorące roztwory wydobywające się z kominów hydrotermalnych zawierają liczne związki mineralne. Jeśli w danym rejonie występują odpowiednie warunki ciśnieniowe i geologiczne, solanka może koncentrować się na dnie i tworzyć wyraźne jezioro.

Pęknięcia skorupy ziemskiej

W obszarach, gdzie płyty tektoniczne się rozchodzą lub nakładają na siebie, mogą powstawać szczeliny, przez które uwalniają się pokłady soli i innych minerałów z wnętrza Ziemi. To kolejny mechanizm prowadzący do nagromadzenia się gęstej solanki.

W każdym z tych przypadków efekt jest podobny: na dnie oceanu pojawia się ekstremalnie zasolony obszar, który zachowuje się jak odrębny zbiornik, praktycznie nie mieszając się z otaczającą go wodą morską.

Śmiertelna pułapka dla większości stworzeń

Fakt, że woda jest tu gęstsza i bogatsza w różne związki chemiczne, ma wyjątkowo niebezpieczne konsekwencje. Jeśli ryba przypadkiem wpłynie do jeziora solankowego, jej los jest praktycznie przesądzony. Różnica stężenia soli sprawia, że komórki natychmiast tracą wodę, co prowadzi do błyskawicznej śmierci. Z czasem dno solankowych jezior pokrywają szczątki stworzeń, które przypadkowo znalazły się w tym miejscu. Niektóre ekspedycje badawcze dokumentowały całe cmentarzyska organizmów, które wpadły w tę podwodną pułapkę.

Ekstremalne środowisko, w którym jednak tętni życie

Choć warunki w jeziorach solankowych wydają się skrajnie nieprzyjazne, część organizmów potrafi się tam doskonale odnaleźć. Mowa o ekstremofilach – mikroorganizmach (głównie bakteriach i archeonach), które rozwinęły niezwykłe mechanizmy adaptacyjne. Do pozyskiwania energii, zamiast tlenu i światła, wykorzystują reakcje chemiczne (np. utlenianie siarki czy metanu). Specyficzna budowa ścian komórkowych i błon pozwala im funkcjonować w warunkach ogromnego zasolenia i wysokich stężeń substancji toksycznych.

Te proste organizmy – choć mikroskopijne – potrafią tworzyć złożone mikroekosystemy, w których każdy gatunek pełni ważną funkcję, wspierając innych mieszkańców tej chemicznej otchłani. Co więcej, naukowcy coraz częściej znajdują dowody na obecność niewielkich skorupiaków czy wieloszczetów żerujących w pobliżu takich solankowych basenów. Żyją one głównie na krawędzi jeziora, korzystając z zasobów wypracowanych przez ekstremofile.

Jak bada się podwodne jeziora?

Największe znane jeziora solankowe występują m.in. w Zatoce Meksykańskiej, na Morzu Śródziemnym i w okolicach podmorskich ryftów tektonicznych. Jednak, bez względu na lokalizację, ich eksploracja stanowi ogromne wyzwanie dla naukowców i wymaga zastosowania specjalistycznego sprzętu.

1. Zdalnie sterowane roboty podwodne (ROV) – dzięki nim możliwe jest prowadzenie długotrwałych obserwacji w warunkach ekstremalnego ciśnienia. ROV-y są wyposażone w kamery HD, manipulatory do pobierania próbek i szereg czujników rejestrujących skład chemiczny wody.
2. Załogowe łodzie podwodne i batyskafy – choć rzadko się je wykorzystuje (ze względu na koszty i ryzyko), dają człowiekowi możliwość bezpośredniej obserwacji tych środowisk. Wymagają jednak zaawansowanych systemów bezpieczeństwa i precyzyjnego planowania misji.
3. Laboratoria głębinowe – w niektórych projektach badawczych na dnie instaluje się specjalne moduły, które umożliwiają długofalowy monitoring zmian w składzie solanki i obecności mikroorganizmów.

Klucz do zrozumienia życia na Ziemi i… poza nią

Choć nam podwodne jeziora mogą wydawać się jedynie ciekawostką geologiczną, ich badanie dostarcza nauce niezwykle istotnych informacji.

• Modele dla astrobiologii: warunki w solankowych jeziorach przypominają te, które mogą panować na lodowych księżycach Jowisza (np. Europie) czy Saturna (Enceladusie). Poznanie mechanizmów przetrwania ekstremofili w takiej chemicznej zupie pomaga w poszukiwaniu życia poza Ziemią.
• Zrozumienie procesów geochemicznych: badania składu wody i gazów w jeziorach solankowych rzucają nowe światło na obieg pierwiastków w oceanach i głębokich warstwach skorupy ziemskiej.
• Odpowiedzi na pytania o początek życia: istnieją hipotezy, że życie na naszej planecie mogło wyewoluować w podobnych środowiskach. Analiza biochemii ekstremofili pozwala lepiej zrozumieć, jak wyglądały pierwsze etapy ewolucji organizmów.

Z jednej strony mamy zatem do czynienia z obszarami, w których warunki są tak trudne, że niemal natychmiast zabijają większość gatunków. Z drugiej – istnieją tam mikroświaty pełne życia, zdominowane przez niezwykłe formy organizmów zwanych ekstremofilami.

Dla naukowców stanowią one nie tylko fascynujący temat badań, ale i klucz do zrozumienia, jak powstało życie na Ziemi i czy może się ono rozwijać również poza nią. W dobie postępujących zmian klimatycznych i ciągłego poszukiwania alternatywnych źródeł energii oraz nowych rozwiązań biotechnologicznych, te głębinowe jeziora mogą okazać się bardziej istotne, niż ktokolwiek przypuszczał.

zdj. główne: NOAA Ocean Exploration / flicker