Erkunden die Geheimnisse des Meeresbodens

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Vor etwa drei Jahren Emily Beal – ein Student der Geowissenschaften an der Penn State — eifrig an Bord das Tiefsee Forschung-Tauchboot Alvin, gebunden für die Unterseite des Ozeans genannt.

Nach dem Quetschen in Alvins Titan Kugel, begann Beal ihr Sprung auf den Meeresboden mit mehr als nur ein bisschen von Klaustrophobie. Alvin war gerade groß genug, um ihr das Tauchboot Pilot und Penn State Kollege Chris House zu halten. Zum Glück, wie Beal bei ihrem Abstieg aus Alvins Platte große Bullaugen spähte, wich ihr Klaustrophobie schnell reine, ungetrübte Heiterkeit.

"Sobald wir unter den Ozean sonnendurchfluteten Oberflächenschichten gefallen, war die pechschwarze Ozean von fluoreszierenden Organismen beleuchtet; Sie löste und funkelten wie Sterne; "sie waren herrlich", erinnert sie sich.

Eine Mission für Mikroben

Warum Beal und Haus Reisen auf den Grund des Ozeans waren? Sie waren auf dem Weg um Proben von Mikroben zu sammeln, die in der Nähe von Methan sickert Leben — Orte wo Methan und andere Kohlenwasserstoffe-reiche Flüssigkeiten aus dem Meeresgrund sprudeln.

Beal und Haus gesammelt diese Proben im Rahmen eines Forschungsprojektes mit Victoria Waise des California Institute of Technology durchgeführt.

Wissenschaftler sind auf Methan sickert gezogen, weil sie einzigartige Ökosysteme, die im Gegensatz zu fast allen anderen Ökosystemen beherbergen, unabhängig von Licht und nicht angetrieben durch Photosynthese sind. Vielmehr sind diese Ökosysteme durch chemische Energie angetrieben, die entsteht, wenn Mikroben Methan zu konsumieren, die durch Sauerstoff-freie Sedimente sickert.

"Fast alle Methan bei Methan sickert durch Mikroben, verbraucht wird", sagte Beal. "Infolgedessen sehr wenig von diesem Methan, das ein wichtiges Treibhausgas ist, macht es in den Ozeanwasser und Atmosphäre."

Trotzdem bleibt noch viel geheimnisvolles Methan versickert. "Wir verstehen nicht ganz, warum Methan Form sickert wo tun sie; vielleicht diese Flüssigkeiten steigen durch Störungen aus den Bereichen, wo sie in der Tiefe durch biologische oder andere Prozesse produziert werden", sagte Beal. Beal Forschung Partei wusste, dass sie wahrscheinlich Methan sickert in ihrem Zielgebiet finden würden, weil andere Forscher zuvor in diesem Bereich gefunden hatte.

Wissenschaftler wissen sehr wenig über die chemischen Reaktionen, die auftreten, wenn Mikroben Methan bei Methan sickert, teils wegen der Schwierigkeit in reinen Proben von Methan-Essen Mikroben aus sickert zu sammeln und sie im Labor wachsen verbrauchen.

Jedoch haben Wissenschaftler lange bekannt, dass Mikroben Methan aus Methan sickert kombiniert mit Sulfaten Wasserstoff Sulfide und Kohlendioxid bilden kombinieren. Die Wasserstoff-sulfide, produziert durch diese Reaktion zu nähren, Muscheln und andere Tiere leben auf Methan sickert, und das Kohlendioxid produziert schließlich Ausscheidungen aus dem Wasser als Carbonate, verhindert, dass das Treibhausgas machen es in die Atmosphäre.

Wissenschaftler haben lange vermutet, dass andere Arten von Verbindungen neben Sulfate mit Methan kombinieren können, Kohlendioxid zu produzieren, aber Beweise fehlen.

Die Talsohle

Nach dem Abstieg durch die Wassersäule für etwa eine Stunde, näherte sich die Forschung Partei eine Schneise der Meeresboden etwa 530 Metern (ca. 1740) tief.

Dann wechselten die Alvin Pilot auf das Tauchboot Strahler beleuchtet eine Flut von Plattfisch und eine gelegentliche Hai und Alvin auf einem Kurs parallel zum Meeresboden.

Während der dreistündigen Forschung-Patrouille, die folgten, Beal und Haus mehrere Methan sickert durch auf der Suche nach ihrer verräterischen Anzeichen dafür gefunden: Methan Luftblasen steigen aus dem Meeresboden, weiß und orange mikrobiellen Matten Teppichboden den Meeresboden und Clustern von Muscheln ernähren sich von Wasserstoff Sulfate.

Durch die Manipulation Alvins zwei hydraulische, Roboter Arme, konnten die Forscher Mikrobe-haltige Sedimente aus diesen Quellen zu sammeln und während ihrer einstündigen Aufstieg zurück an die Oberfläche zurück zu schleppen.

Zurück im Labor...

Sobald Beal und Haus ins Labor zurück, machten sie sich um festzustellen, ob Mikroben bei sickert Eisenoxid oder Mangan ohne die Anwesenheit von Sulfaten verwenden, um Methan zu Kohlendioxid umwandeln.

Die Forschung beteiligt, vergleicht man die Menge an Kohlendioxid freigesetzt aus mehreren Sediment-Systemen während des Tauchgangs Alvin abgetastet. Einige der Systeme enthaltenen Sulfate; Einige waren sulfatfrei; und einige Eisenoxid oder Manganoxid ohne jede Sulfate enthalten.

Ergebnisse der Forscher, die in der Wissenschaft am 10. Juli 2009, veröffentlicht wurden zeigten, dass erwartungsgemäß Methan Verbrauch höchste in das Sediment-Systemen, die Sulfate enthalten.

Dennoch, das Eisen und Mangan-Oxid-geschnürt Proben zeigten auch erhebliche Mengen an Methan Verbrauch ereignete sich aber weniger Verbrauch in diesen Systemen als in die Sulfat-Systeme.

"Obwohl diese Ergebnisse nicht angeben, dass Eisen und Mangan wichtiger als Sulfat sind, sie zeigen, dass Eisen und Mangan sind vermutlich mehr als trivial Teile der Kohlenstoffkreislauf der Erde," sagte Beal.

Die Ergebnisse zeigen auch, dass Reaktionen zwischen Methan und Mangan oder Eisenoxid in den Methan-Kreislauf während der Erde eine wichtige Rolle gespielt haben frühen Tagen hinzugefügt Beal. "In diesem Zeitraum gab es wahrscheinlich genug Mangan und Eisenoxid zur Verfügung, um chemische Reaktionen Methan verbraucht."

Beal hat bisher mehr als ein Dutzend Seep Mikroorganismen enthalten in ihren Experimenten kategorisiert. Dennoch, sie weiß noch nicht, welche einzelnen Mikrobe oder Konsortium von Mikroben ist verantwortlich für die Nutzung von Methan, hofft aber, diese wichtigeren Organismen durch ihre laufende Forschung schließlich zu identifizieren.

Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.