ปล่องแบบน้ำร้อน

ปล่องแบบน้ำร้อน (อังกฤษ: Hydrothermal vent) อาจเรียกว่าปล่องไฮโดรเทอร์มอร์หรือปล่องน้ำร้อนใต้ทะเล คือรอยแยกบนเปลือกผิวโลกที่มีน้ำร้อนไหลออกมา ปกติจะพบใกล้กับแหล่งภูเขาไฟที่ที่แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่ออกจากกันในแอ่งมหาสมุทรและฮอตสปอต

ปล่องไฮโดรเทอร์มอลพบได้ทั่วไปเนื่องจากในทางธรณีวิทยาแล้วโลกของเรามีการเคลื่อนที่ตลอดเวลาและมีมวลน้ำจำนวนมหาศาลทั้งบนผิวโลกและในเปลือกโลก ประเภทที่พบบนพื้นผิวทวีปก็คือแหล่งน้ำพุร้อน, พุแก๊สและไกเซอร์ ระบบของปล่องไฮโดรเทอร์มอลบนพื้นผิวทวีปที่เป็นที่รู้จักกันดีอาจเป็นแหล่งน้ำพุร้อนในอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตนในสหรัฐอเมริกา สำหรับใต้ทะเลนั้นปล่องไฮโดรเทอร์มอลอาจทำให้เกิดลักษณะที่เรียกว่าแบลคสโมกเกอร์หรือไวท์สโมกเกอร์

เมื่อเทียบกับพื้นที่ส่วนใหญ่ใต้ทะเลลึกแล้ว พื้นที่โดยรอบปล่องไฮโดรเทอร์มอลจะมีความอุดมสมบูรณ์ทางชีวภาพเป็นอย่างมาก ปรกติจะเป็นที่อยู่อาศัยของชุมชนสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนที่หล่อเลี้ยงโดยสารเคมีที่ละลายอยู่ในของเหลวบริเวณปล่องนั้น สิ่งมีชีวิตอย่างอาร์เคียที่ดำรงชีวิตอยู่ด้วยการสังเคราะห์อาหารทางเคมีถือเป็นรากฐานของห่วงโซ่อาหารที่รองรับสิ่งมีชีวิตที่หลากหลายอย่างเช่นหนอนท่อยักษ์ หอยกาบ และกุ้ง

เชื่อกันว่ามีปล่องไฮโดรเทอร์มอลบนดวงจันทร์ยูโรปาของดาวพฤหัสบดีด้วย และก็เดากันว่ามีปล่องไฮโดรเทอร์มอลโบราณบนดาวอังคารด้วยเหมือนกัน

การสำรวจ

ในปี 1949 มีรายงานการค้นพบน้ำร้อนที่บริเวณส่วนกลางของทะเลแดง หลังจากนั้นในคริสต์ทศวรรษที่ 1960 มีการยืนยันการค้นพบน้ำร้อนดังกล่าวซึ่งมีอุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียสเกิดร่วมกับโคลนเนื้อโลหะ สารละลายร้อนไหลออกมาจากรอยแยกมีพลังใต้พื้นทะเลแต่ด้วยสารละลายดังกล่าวมีความเค็มสูงจึงไม่มีสิ่งมีชีวิตใด ๆ อาศัยอยู่ น้ำเกลือที่พบในโคลนดังกล่าวปัจจุบันอยู่ระหว่างการสำรวจเพื่อการทำเหมืองผลิตโลหะมีค่าและโลหะไร้สกุล

ระบบนิเวศน์ของการสังเคราะห์ทางเคมีบริเวณปล่องไฮโดรเทอร์มอลใต้ทะเลถูกค้นพบตามแนวรอยแยกกาลาปากอส (ยอดเขาแห่งหนึ่งของแนวเทือกเขากลางสมุทรของมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันออก) ในปี 1977 โดยคณะนักธรณีวิทยาสมุทรศาสตร์ที่กำลังศึกษาอุณหภูมิของมหาสมุทร ในปี 1979 นักชีววิทยาได้ย้อนกลับไปที่แนวเทือกเขาดังกล่าวและใช้ยานดำน้ำแอลวินเพื่อการวิจัยของสำนักงานวิจัยนาวี จากสถาบันสมุทรศาสตร์วู้ดโฮลเพื่อลงไปดูชุมชนของสิ่งมีชีวิตในบริเวณปล่องไฮโดรเทอร์มอลนั้นด้วยตาของพวกเขาเอง และในปีเดียวกันนั้นเองนักวิทยาศาสตร์ ปีเตอร์ ลอนส์เดล ก็ได้ตีพิมพ์ผลงานทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตบริเวณปล่องไฮโดรเทอร์มอลนั้น

ในปี 2005 บริษัทสำรวจแร่เนปจูนรีซอร์สเอ็นแอลได้รับอาชญาบัตรสำรวจพื้นที่ 35,000 ตารางกิโลเมตรเหนือพื้นที่หมู่เกาะรูปโค้งเกอมาเดคซึ่งเป็นเขตเศรษฐกิจจำเพาะในประเทศนิวซีแลนด์เพื่อการสำรวจแหล่งแร่ซัลไฟด์ขนาดใหญ่ในพื้นท้องทะเลซึ่งเป็นแหล่งศักยภาพใหม่ของแร่ซัลไฟด์ของโลหะตะกั่ว สังกะสี และทองแดงที่เกิดจากการสะสมตัวบริเวณปล่องไฮโดรเทอร์มอลในปัจจุบัน

มีการค้นพบปล่องไฮโดรเทอร์มอลแห่งหนึ่งในมหาสมุทรแปซิฟิกนอกชายฝั่งคอสตาริก้ามีชื่อเรียกกันว่าปล่องไฮโดรเทอร์มอลเมดูซ่า (ตั้งชื่อตามหญิงงามชื่อเมดูซ่าที่มีเส้นผมเป็นงูในตำนานเทพเจ้ากรีก) ถูกแถลงสู่สาธารณชนขึ้นในเดือนเมษายน ในปี 2007

 

ละอองพวยพุ่งสีขาวที่ปล่องแชมเปญที่ดอมินีกา

คุณสมบัติทางกายภาพ

ปล่องไฮโดรเทอร์มอลในทะเลลึกจะพบตามแนวเทือกเขากลางสมุทรอย่างเช่นเทือกเขากลางสมุทรแปซิฟิกตะวันออกและเทือกเขากลางสมุทรแอตแลนติก ซึ่งเป็นตำแหน่งที่แผ่นเปลือกโลกมหาสมุทรสองแผ่นเคลื่อนที่แยกออกจากกันที่ทำให้เกิดแผ่นเปลือกโลกใหม่เพิ่มขึ้นมาเรื่อย ๆ

น้ำที่ปล่องไฮโดรเทอร์มอลบนพื้นมหาสมุทรปล่อยออกมาจะประกอบไปด้วยน้ำทะเลเกือบทั้งหมดไหลเข้าไปในระบบไฮโดรเทอร์มอลใกล้ ๆ กับแหล่งภูเขาไฟผ่านรอยเลื่อนและช่องว่างของตะกอนและชั้นหินภูเขาไฟรวมถึงน้ำจากหินหนืดที่ปล่อยออกมาจากการดันตัวขึ้นมาของหินหนืด

ในระบบไฮโดรเทอร์มอลบนพื้นทวีปน้ำที่หมุนวนภายในระบบพุแก๊สและไกเซอร์ส่วนใหญ่มาจากน้ำฟ้าและน้ำใต้ดินที่ซึมผ่านลงไปจากผิวดินแต่มันก็อาจมีองค์ประกอบมาจากน้ำจากการแปรสภาพ น้ำจากชั้นตะกอน และน้ำจากหินหนืดที่ปล่อยออกมาจากหินหนืด

น้ำที่ผุดขึ้นมาจากปล่องไฮโดรเทอร์มอลมีอุณหภูมิแปรผันไปจนสูงได้ถึง 400 องศาเซลเซียส เมื่อเปรียบเทียบกับสภาพใต้ท้องทะเลลึกแล้วมักพบมีอุณหภูมิประมาณ 2 องศาเซลเซียส สภาพที่มีความกดดันสูงที่ใต้ท้องทะเลลึกนี้ทำให้อุณหภูมิมีช่วงกว้างขึ้นอย่างมีนัยสำคัญโดยที่น้ำยังคงเป็นของเหลวและน้ำไม่เดือด น้ำที่ระดับความลึก 3000 เมตรและที่อุณหภูมิ 407 องศาเซลเซียสจะมีสภาพเป็นของไหลที่อยู่ในสภาวะความดันและอุณหภูมิที่สูงกว่าความดันและอุณหภูมิวิกฤตของมัน (supercritical fluid) อย่างไรก็ตามการเพิ่มความเค็มเข้าไปในน้ำมีผลผลักดันให้น้ำเข้าใกล้จุดวิกฤตของมันได้ง่ายขึ้น

ปล่องไฮโดรเทอร์มอลบางแห่งมีลักษณะโครงสร้างหยาบ ๆ เป็นปล่องรูปทรงกระบอกคล้ายปล่องควัน โครงสร้างรูปแบบนี้ก่อให้เกิดแร่ซึ่งละลายอยู่ในของไหลของรอยแยก เมื่อน้ำร้อนยิ่งยวดสัมผัสกับน้ำใต้ทะเลที่มีอุณหภูมิใกล้จุดเยือกแข็งแร่จะตกตะกอนออกไปเกิดเป็นอนุภาคสะสมเติมเข้าไปสูงขึ้นเรื่อย ๆ โครงสร้างปล่องควันบางแห่งอาจสูงได้ถึง 60 เมตร ตัวอย่างหนึ่งของปล่องรูปทรงหอคอยนี้คือ “ก๊อดซิลล่า” ในมหาสมุทรแปซิฟิกใกล้กับโอรีก้อนซึ่งสูงถึง 40 เมตรก่อนที่จะหักโค่นลงมา

ในระยะแรก ๆ ของการเกิดโครงสร้างรูปทรงปล่องควันจะเริ่มด้วยการตกสะสมตัวของแร่แอนไฮไดรต์หลังจากนั้นแร่ซัลไฟด์ของทองแดง เหล็ก และสังกะสีก็จะสะสมตัวในช่องว่างของปล่องควันทำให้มันมีรูพรุนน้อยลงไปตามกาลเวลา จากการบันทึกพบว่าปล่องดังกล่าวจะเติบโตขึ้นประมาณวันละ 30 เซนติเมตร

โครงสร้างปล่องควันที่ปล่อยกลุ่มควันสีดำเรียกว่า แบลคสโมกเกอร์ ตั้งชื่อตามเฉดสีดำของอนุภาคที่มันปล่อยออกมา แบลคสโมกเกอร์มักปล่อยอนุภาคของแร่ที่มีระดับของกำมะถันสูงหรือซัลไฟด์ ขณะที่ ไวต์สโมกเกอร์ จะเป็นปล่องที่ปล่อยอนุภาคของแร่ที่มีเฉดสีที่จางกว่าอย่างเช่นแบเรียม แคลเซียม และซิลิก้อน โครงสร้างปล่องควันเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะมีพลูมที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า

การสำรวจปล่องควันใต้ทะเลลึกในเดือนเมษายน ปี 2007 บริเวณนอกชายฝั่งฟีจีพบว่าปล่องควันหลายแห่งเป็นแหล่งของเหล็กที่ละลายอยู่ในน้ำ

ชุมชนทางชีววิทยา

 

หนอนท่อไซบ็อกลินิดีกำลังหากินอยู่ที่ฐานของแบลคสโมกเกอร์แห่งหนึ่ง

เราเชื่อกันมาช้านานว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหลายดำรงอยู่ได้ด้วยพลังงานจากแสงอาทิตย์ แต่สิ่งมีชีวิตใต้ท้องทะเลลึกอาศัยอยู่ในที่แสงอาทิตย์ส่องลงไปไม่ถึง ดังนั้นพวกมันทั้งหลายจะต้องดำรงอยู่ได้ด้วยสารอาหารจากการสะสมตัวทางเคมีและของไหลไฮโดรเทอร์มอลที่พวกมันอาศัยอยู่ แต่ก่อนนี้นักชีววิทยาทางทะเลเชื่อกันว่าสิ่งมีชีวิตบริเวณปล่องเหล่านี้พึ่งอาศัยเหล่าเศษชิ้นส่วนอาหารที่ล่องลอยไปมาที่ระดับบนของมหาสมุทรเหมือนกับสิ่งมีชีวิตใต้ท้องทะเลลึกทั่วไปทั้งหลาย จึงทำให้เข้าใจว่าพวกมันก็ต้องพึ่งอาศัยสิ่งมีชีวิตจำพวกพืชที่ต้องการแสงอาทิตย์ในการสังเคราะห์แสง หากสิ่งมีชีวิตจากปล่องไฮโดรเทอร์มอลเหล่านี้พึ่งอาหารจากเศษชิ้นส่วนเหล่านี้ด้วยข้อจำกัดของระบบย่อมจะพบสิ่งมีชีวิตใต้ท้องทะเลลึกในปริมาณที่เบาบางมาก ๆ แต่ในข้อเท็จจริงกลับพบว่าในเขตปล่องไฮโดรเทอร์มอลกลับมีความหนาแน่นของสิ่งมีชีวิตระหว่าง 10,000 ถึง 100,000 เท่าหรือมากกว่านี้ทีเดียว

ชุมชนของสิ่งมีชีวิตบริเวณปล่องไฮโดรเทอร์มอลสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้เป็นจำนวนมาก ๆ ได้นั้น เนื่องจากสิ่งมีชีวิตเหล่านี้พึ่งอาศัยแบคทีเรียที่สังเคราะห์ทางเคมีเพื่อเป็นอาหาร น้ำที่ปล่อยออกมาจากปล่องจะอุดมไปด้วยสารละลายของแร่ธาตุที่รองรับกลุ่มของแบคทีเรียกลุ่มใหญ่ที่สามารถสังเคราะห์อาหารทางเคมี แบคทีเรียเหล่านี้ใช้สารประกอบของกำมะถันโดยเฉพาะอย่างยิ่งไฮโดรเยนซัลไฟด์ซึ่งเป็นสารเคมีที่เป็นพิษอย่างสูงสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหลายเพื่อสร้างอินทรียวัตถุผ่านกระบวนการการสังเคราะห์ทางเคมี

ระบบนิเวศน์ที่ถูกสร้างขึ้นมานี้มีความเกี่ยวข้องผูกพันกับการดำรงอยู่ของแหล่งปล่องไฮโดรเทอร์มอลด้วยถือว่าเป็นแหล่งพลังงานขั้นพื้นฐานที่แตกต่างไปจากสิ่งมีชีวิตบนพื้นโลกทั้งหลายที่ขึ้นตรงต่อพลังงานจากแสงอาทิตย์ อย่างไรก็ตามแม้ว่าจะกล่าวได้ว่าชุมชนของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้จะเป็นอิสระจากแสงอาทิตย์ แต่จริง ๆ แล้วสิ่งมีชีวิตบางชนิดก็อาศัยออกซิเจนที่สร้างขึ้นมาโดยสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงได้ ขณะที่ชนิดอื่น ๆ นั้นเป็นสิ่งมีชีวิตเริ่มแรกที่ไม่อาศัยออกซิเจน

แบคทีเรียที่สังเคราะห์ทางเคมีนี้เจริญเติบโตเกิดเป็นแผ่นหนาเกาะติดกับสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ อย่างเช่นแอมฟิพอดและโคเปพอด ซึ่งแทะเล็มแบคทีเรียเป็นอาหารโดยตรง มีสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่กว่าอย่างเช่นหอยทาก กุ้ง ปู หนอนท่อ ปลา และออคโทไป เป็นห่วงโซ่อาหารแห่งความสัมพันธ์ของการเป็นนักล่าและการเป็นเหยื่อ สิ่งมีชีวิตหลักๆที่พบบริเวณรอบๆท้องทะเลแถบปล่องไฮโดรเทอร์มอลเป็นสัตว์พวกหนอนปล้อง ไซบ็อกลินิดี หอยกาบเดี่ยว และครัสตาเชียน รวมถึงหอยกาบคู่ขนาดใหญ่ หนอนเวสติเมนติเฟอแรน และกุ้งไร้ตา เกิดเป็นกลุ่มสิ่งมีชีวิตทั้งของมีสิ่งมีชีวิตที่มีลำตัวขนาดใหญ่

 

ปล่องควันของแร่ซัลไฟด์ที่แหล่งไฮโดรเทอร์มอลเทือกเขาเมจิก บริติชโคลัมเบีย ในแคนาดา

จากการนับจำนวนชุมชนจุลินทรีย์ต้านโลหะชนิดไร้อากาศที่เกี่ยวข้องสัมพันธ์กับสัตว์ในแถบปล่องไฮโดรเทอร์มอลชี้ให้เห็นว่าสัดส่วนของแบคทีเรียที่เกิดสัมพันธ์กับสัตว์ต้านและลดโลหะชนิดไร้อากาศจะมากกว่าพวกที่ใช้อากาศ ชี้ให้เห็นว่าการหายใจด้วยโลหะแบบไร้อากาศอาจเป็นกระบวนการที่สำคัญอันหนึ่งในแบคทีเรียที่พึ่งอาศัยกับสัตว์ทั้งหลายในบริเวณปล่องไฮโดรเทอร์มอล[1]

บางทฤษฎีชี้ให้เห็นว่าสิ่งมีชีวิตที่กำเนิดที่ปล่องไฮโดรเทอร์มอลมาจากวัตถุเริ่มแรกที่เป็นอนินทรีย์วัตถุ

หนอนท่อมีบทบาทสำคัญต่อชุมชนสิ่งมีชีวิตบริเวณปล่องไฮโดรเทอร์มอลเป็นอย่างมาก หนอนท่อก็เหมือนหนอนที่เป็นปรสิตอื่น ๆ คือดูดซับสารอาหารโดยตรงเข้าไปในเนื้อเยื่อ นี้เป็นเพราะว่าหนอนท่อไม่มีปากหรือแม้แต่ท่อลำไส้และมีแบคทีเรียอาศัยอยู่ในตัวของมัน เนื้อเยื่อของหนอนท่อน้ำหนัก 1 ออนซ์จะมีแบคทีเรียมากถึงประมาณ 285 พันล้านตัว หนอนท่อมีกะเปาะสีแดงภายในบรรจุฮีโมโกลบิน ฮีโมโกลบินจะรวมตัวกับไฮโดรเยนซัลไฟด์และส่งต่อไปให้แบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในตัวของมัน ในทางกลับกันแบคทีเรียก็หล่อเลี้ยงหนอนท่อด้วยสารประกอบคาร์บอนเช่นกัน

มีหนอนท่ออยู่สองสายพันธุ์ที่อาศัยอยู่บริเวณปล่องไฮโดรเทอร์มอลหนึ่ง ๆ คือเทฟนิเอ เจอริโคนาน่าและริฟติเอ แพชิฟติล่ามีชุมชนหนึ่งที่มีการค้นพบเมืองปลาไหลซึ่งประกอบไปด้วยปลาไหลเป็นส่วนใหญ่ ปลาไหลนั้นเป็นสิ่งที่ไม่ธรรมดาดังที่กล่าวไปแล้วว่าปล่องไฮโดรเทอร์มอลจะพบโดดเด่นไปด้วยสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง เมืองปลาไหลพบอยู่ใกล้ ๆ กรวยภูเขาไฟนาฟานัว เกาะซามัวของสหรัฐอเมริกา

ตัวอย่างอื่น ๆ ที่เป็นเอกลักษณ์ของชุมชนสัตว์ที่อาศัยอยู่ในระบบนิเวศน์แบบนี้คือหอยทากมีเกล็ดที่ทำขึ้นด้วยเหล็กและโลหะอินทรีย์ และหนอนปอมเปอี (แอลวิเนลล่า ปอมเปจาน่า) ที่สามารถอาศัยอยู่รอดได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 80 องศาเซลเซียส

มีการค้นพบสิ่งมีชีวิตสายพันธุ์ใหม่ ๆ มากกว่า 300 ชนิดที่ปล่องไฮโดรเทอร์มอล มีหลายชนิดที่เป็นสายพันธุ์ใกล้ชิดกับชนิดอื่นที่พบในพื้นที่ปล่องไฮโดรเทอร์มอลที่อยู่แยกห่างไกลออกไป นี้ได้รับการเสนอว่าก่อนที่แผ่นเปลือกโลกอเมริกาเหนือจะขี่ซ้อนทับเทือกเขากลางสมุทรเคยมีพื้นที่ปล่องไฮโดรเทอร์มอลเพียงพื้นที่เดียวในเขตมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันออก ต่อมาได้เกิดแนวขวางกั้นเกิดการแตกแขนงวิวัฒนาการแตกต่างกันออกไประหว่างพื้นที่ มีหลายตัวอย่างของวิวัฒนาการเบนเข้าที่พบเห็นได้ระหว่างปล่องไฮโดรเทอร์มอลที่พบว่าเป็นหลักฐานที่สนับสนุนทฤษฎีการคัดเลือกของธรรมชาติและทฤษฎีวิวัฒนาการโดยรวม

ทฤษฎีทางชีววิทยา

แม้ว่าการค้นพบปล่องไฮโดรเทอร์มอลจะดูเป็นเรื่องใหม่ในประวัติทางวิทยาศาสตร์ แต่มันก็ก่อให้เกิดและสนับสนุนทฤษฎีและบรรยากาศทางชีววิทยาใหม่ ๆ

ชีวภาคร้อนใต้ทะเลลึก

ในช่วงต้น ๆ ของการตีพิมพ์ผลงานในปี ค.ศ. 1992 ของ โธมัส โกลด์ ในชื่อเรื่อง “ชีวภาคร้อนใต้ทะเลลึก” ที่ได้กล่าวถึงปล่องใต้มหาสมุทรที่สนับสนุนทฤษฎีของเขาที่ว่า ที่ระดับด้านล่างของโลกอุดมไปด้วยวัตถุทางชีววิทยาที่เป็นสิ่งมีชีวิตชีวิตที่กำลังค้นหาเส้นทางที่จะขึ้นสู่พื้นผิวทะเล อย่างไรก็ตามทฤษฎีของโธมัส โกลด์ได้อธิบายเล้าลึกเหนือเรื่องราวของปล่องไฮโดรเทอร์มอลเสียอีก โดยเขาได้เสนอราวเรื่องเกี่ยวกับการกำเนิดปิโตรเลียมแบบไร้ชีวมวล (กล่าวคือเป็นปิโตรเลียมที่ไม่มีฐานมาจากฟอสซิล แต่ถูกผลิตขึ้นมาในที่ลึกลงไปของโลก) ซึ่งปรากฏกล่าวขยายเพิ่มเติมไว้ในหนังสือชีวภาคร้อนใต้ทะเลลึก ตามความคิดของโธมัส โกลด์นั้น "ไฮโดรคาร์บอนไม่ใช่ชีววิทยาที่ถูกกระทำอีกครั้งโดยธรณีวิทยา (ดังที่เข้าใจกันและยอมรับกันทั่วไป) แต่ธรณีวิทยาต่างหากที่ถูกกระทำอีกครั้งโดยชีววิทยา"

บทความเกี่ยวกับการผลิตไฮโดรคาร์บอนแบบไร้ชีวมวลในนิตยสารไซเอนซ์ฉบับเดือนกุมภาพันธ์ 2008 ได้ใช้ข้อมูลจากการทดลองที่แหล่งปล่องไฮโดรเทอร์มอลลอสต์ซิตี้ที่รายงานถึงการสังเคราะห์ไฮโดรคาร์บอนแบบไร้ชีวมวลที่เกิดขึ้นในธรรมชาติได้อย่างไรที่อาจพบในหินอุลตร้าเมฟิก น้ำ และที่ปริมาณความร้อนปานกลาง

การกำเนิดสิ่งมีชีวิตแบบไฮโดรเทอร์มอล

กุนเทอร์ วอชเทอร์เชาเซอร์ ได้เสนอทฤษฎีโลกของเหล็ก-กำมะถัน และอธิบายว่าสิ่งมีชีวิตอาจมีถิ่นกำเนิดที่ปล่องไฮโดรเทอร์มอลนี้ เขาเสนอว่า รูปแบบเริ่มแรกของการสันดาปเกิดขึ้นก่อนสารพันธุกรรม โดยกระบวนการสันดาปเขาหมายถึงวัฏจักรของปฏิกิริยาทางเคมีที่ให้พลังงานในรูปแบบที่สามารถ ถูกควบคลุมโดยกระบวนการอื่น ๆ

ได้รับการเสนอว่าการสังเคราะห์กรดอะมิโนสามารถเกิดขึ้นได้ในที่ระดับลึกลงไปในชั้นเปลือกโลกและต่อมากรดอะมิโนเหล่านี้ก็ถูกยิงขึ้นมาพร้อมด้วยของเหลวไฮโดรเทอร์มอลเข้าไปในน้ำที่เย็นกว่าในที่มีอุณหภูมิที่ต่ำกว่าและที่มีแร่ดินอยู่ด้วยที่ได้ช่วยให้เกิดเพปไทด์และเซลล์เริ่มต้น (โปรโตเซลล์) นี้เป็นสมมุติฐานเชิงปฏิสัมพันธ์อันหนึ่งเพราะว่าความมากมายของสาร CH₄ และ NH₃ พบปรากฏในบริเวณปล่องไฮโดรเทอร์มอลซึ่งเป็นสภาวะที่ไม่อาจเกิดขึ้นได้ในชั้นบรรยากาศของโลกในช่วงแรก ๆ ข้อจำกัดที่สำคัญอันหนึ่งของสมมุติฐานนี้ก็คือยังขาดเสถียรภาพของโมเลกุลของสารอินทรีย์ที่อุณหภูมิสูงแต่บางคนก็เสนอว่าสิ่งมีชีวิตควรจะเกิดขึ้นที่ด้านนอกของโซนที่มีอุณหภูมิสูงสุด มีสิ่งมีชีวิตหลายชนิดพวกเอ็กทรีโมไฟล์ซึ่งเป็นจุลินทรีย์ขนาดเล็กที่มีชีวิตอยู่ได้ในที่ที่มีอุณหภูมิสูงได้มากกว่า 170 องศาเซลเซียสและสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ที่ปัจจุบันก็พบว่าอาศัยอยู่รอบ ๆ ปล่องทะเลลึกที่ทำให้เข้าใจได้ว่าจริง ๆ แล้วนี่เป็นเรื่องราวที่เป็นไปได้

การใช้ประโยชน์

ปล่องไฮโดรเทอร์มอลได้นำไปสู่การกำเนิดทรัพยากรแร่ที่เป็นประโยชน์ด้วยการสะสมตัวของแร่ซัลไฟด์จำนวนมหาศาลบนพื้นท้องทะเลมวลสินแร่เมานต์ไอซ่าในรัฐควีนแลนด์ของประเทศออสเตรเลียถือเป็นกรณีตัวอย่างที่ดีเยี่ยม

เร็ว ๆ นี้มีบริษัทสำรวจแหล่งแร่หลายบริษัทมีการเคลื่อนไหวคึกคักสืบเนื่องมาจากราคาของภาคแร่โลหะไร้สกุลที่ขยับตัวสูงขึ้นในช่วงกลางทศวรรษที่ 2000 ทำให้บริษัทเหล่านี้ได้หันไปให้ความสนใจที่จะผลิตทรัพยากรแร่จากแหล่งไฮโดรเทอร์มอลบนพื้นท้องทะเลมากขึ้น อย่างไรก็ตามในทางทฤษฎีแล้วการลดราคาของแร่อย่างฮวบฮาบก็อาจจะเกิดขึ้นได้เช่นกัน เมื่อพิจารณาในกรณีของมวลสินแร่เมานต์ไอซ่าแล้ว มีความจำเป็นที่จะต้องใช้เงินลงทุนจำนวนมหาศาลที่จะหย่อนช่องลิฟต์และโครงสร้างพื้นฐานใต้ดินลงไปจากนั้นก็เจาะและระเบิดแร่ บดย่อย และเข้าสู่กระบวนการที่จะต้องใช้ความเพียรพยายามอย่างมากเพื่อที่จะให้ได้มาซึ่งแร่โลหะไร้สกุลรวมไปถึงกิจกรรมที่ซึ่งต้องใช้แรงงานจำนวนมหาศาล แหล่งไฮโดรเทอร์มอลหนึ่ง ๆ จะประกอบไปด้วยซากเหลือของปล่องและปล่องที่อัดตัวกันแน่นที่สามารถนำขึ้นมาถึงผิวน้ำที่มีเรือจอดทอดสมอนิ่ง ติดตั้งท่อลำเลียง ดำเนินการทำเหมืองโดยการใช้เทคโนโลยีดัดแปลงของการทำเหมืองที่ขุดตักแร่ออกมาโดยตรง ส่งขึ้นไปที่เรือบนผิวน้ำโดยผ่านท่อลำเลียง ผ่านกระบวนการทำให้จำนวนแร่เข็มข้น ดึงน้ำออก แล้วขนส่งทางเรือมุ่งตรงสู่โรงถลุงแร่ ขณะที่แนวคิดนี้ดูเหมือนว่าจะมีความเป็นไปได้น้อยนั้น เทคโนโลยีของอุตสาหกรรมน้ำมันและแก๊สธรรมชาตินอกชายฝั่งทะเลและอุตสาหกรรมทำเหมืองที่ขุดตักแร่ออกมาโดยตรงได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความเป็นไปได้สูง

ปัจจุบันมีอยู่สองบริษัทที่ได้เข้าไปดำเนินการถึงระยะสุดท้ายที่จะเริ่มต้นการทำเหมืองแร่ซัลไฟด์จำนวนมหาศาลใต้ท้องทะเลลึก บริษัทนอติลุสมินเนอรอลกำลังอยู่ในระยะคืบหน้าของการเริ่มต้นการผลิตจากแหล่งโซลวาร์ร่าในหมู่เกาะบิสมาร์คและบริษัทเนปจูนมินเนอรอลกำลังอยู่ในระยะเริ่มต้นกับแหล่งรัมเบิ้ลทูเวสต์อยู่ที่เกอร์มาเดคอาร์คใกล้กับหมู่เกาะเกอร์มาเดค บริษัททั้งสองเสนอที่จะใช้การดัดแปลงเทคโนโลยีที่มีอยู่ บริษัทนอติลุสมินเนอรอลมีหุ้นส่วนกับบริษัทเพลเซอร์โดม (ปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของบริษัทบาร์ริคโกลด์) ได้ประสบความสำเร็จในปี 2006 ในการตักแร่ซัลไฟด์ใต้ท้องทะเลมากกว่า 10 ตันขึ้นมาที่ผิวน้ำโดยการใช้เครื่องมืออย่างดรัมคัตเตอร์ดัดแปลงติดตั้งบนยานใต้น้ำปฏิบัติการระยะไกลซึ่งเป็นเครื่องจักรรุ่นแรกของโลก ในปี 2007 บริษัทเนปจูนมินเนอรอลก็มีความคืบหน้าในการเก็บตัวอย่างตะกอนแร่ซัลไฟด์ใต้ท้องทะเลโดยการใช้ปั้มดูดแร่ที่ดัดแปลงมาจากอุตสาหกรรมน้ำมันติดตั้งบนยานใต้น้ำปฏิบัติการระยะไกลและก็เป็นเครื่องจักรรุ่นแรกของโลกเช่นกัน

การทำเหมืองบนพื้นท้องทะเลจะส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมากเกินความคาดหมาย จำนวนงานมหาศาลกำลังถูกดำเนินการโดยบริษัททั้งสองที่กล่าวมาแล้วข้างต้น เพื่อให้มั่นใจว่าจะไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของการทำเหมืองบนพื้นท้องทะเลนั้นจะต้องมีความเข้าใจและมีมาตรการควบคุมที่ชัดเจนก่อนที่จะเริ่มต้นดำเนินการทำเหมืองลงไป

มีความพยายามมาตั้งแต่อดีตที่จะนำแร่ขึ้นมาจากพื้นท้องทะเล ระหว่างทศวรรษที่ 1960 – 1970 ได้พบว่ามีกิจกรรมหลายอย่างในการที่จะนำก้อนทรงมนของแร่แมงกานีสขึ้นมาจากพื้นท้องทะเลลึกโดยมีระดับความสำเร็จไปแล้วในลักษณะต่าง ๆ อย่างไรก็ตามมีการแสดงให้เห็นว่าการนำแร่ขึ้นมาจากพื้นท้องทะเลนั้นเป็นสิ่งที่เป็นไปได้และก็เป็นไปได้แล้วในบางครั้ง มีสิ่งที่น่าสนใจยิ่งอย่างหนึ่งคือ การทำเหมืองก้อนทรงมนแร่แมงกานีสถือเป็นสิ่งที่นำไปสู่การพยายามที่ละเอียดอ่อนของซีไอเอในการกู้เรือดำน้ำ เค-129 ของโซเวียตโดยการใช้โกลมาร์เอ็กพลอเรอร์ซึ่งเป็นเรือที่เสนอให้สร้างขึ้นสำหรับภารกิจนี้โดยโฮวาร์ด ฮักเกส ปฏิบัติการนี้รู้จักกันในนามของโปรเจกต์เจนนิเฟอร์และเรื่องราวทั้งหมดของการทำเหมืองใต้พื้นท้องทะเลของก้อนทรงมนแร่แมงกานีสอาจเป็นสิ่งที่เป็นแรงผลักดันให้เกิดการขับเคลื่อนให้บริษัทอื่น ๆ สร้างความพยายามต่อไป

อ้างอิง

1. Mars Explorers to Benefit from Australian Research
2. Degens, Egon T. (ed.), 1969, Hot Brines and Recent Heavy Metal Deposits in the Red Sea, 600 pp, Springer-Verlag
3. "New undersea vent suggests snake-headed mythology". EurekAlert!. American Association for the advancement of Science. 18 April 2007. สืบค้นเมื่อ 18 April 2007.
4. A. Koschinsky, C. Devey (2006-05-22). "Deep-Sea Heat Record: Scientists Observe Highest Temperature Ever Registered at the Sea Floor". International University Bremen. สืบค้นเมื่อ 2006-07-06.^{[ลิงก์เสีย]}
5. Sid Perkins (2001). "New type of hydrothermal vent looms large". Science News. 160 (2): 21. doi:10.2307/4012715.
6. Tivey, Margaret K. (1998-12-01). "How to Build a Black Smoker Chimney: The Formation of Mineral Deposits At Mid-Ocean Ridges". Woods Hole Oceanographic Institution. สืบค้นเมื่อ 2006-07-07.
7. ""Tracking Ocean Iron"". Chemical & Engineering News. Vol. 86 no. 35. 1 September 2008. p. 62.
8. Astrobiology Magazine: Extremes of Eel City Retrieved 30 August 2007
9. Botos, Sonia. "Life on a hydrothermal vent".
10. Van Dover, Cindy Lee. "Hot Topics: Biogeography of deep-sea hydrothermal vent faunas".
11. T. Gold: Proceedings of National Academy of Science http://www.pnas.org/cgi/reprint/89/13/6045
12. Gold, T. (1999). The Deep Hot Biosphere. Springer. ISBN 978-0-387-95253-6.
13. Science Magazine, Abiogenic Hydrocarbon Production at Lost City Hydrothermal Field February 2008 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/319/5863/604
14. G. Wächtershäuser: Proceedings of National Academy of Science http://www.pnas.org/cgi/reprint/87/1/200.pdf
15. Tunnicliffe, Verena. 1991. The Biology of Hydrothermal Vents: Ecology and Evolution. Oceanography and Marine Biology An Annual Review 29: 319-408.
16. Mount Isa silica dolomite and copper orebodies; the result of a syntectonic hydrothermal alteration. http://econgeol.geoscienceworld.org/cgi/content/abstract/79/4/601
17. http://www.theallineed.com/ecology/06030301.htm
18. Nautilus 2006 Press Release 03 http://www.nautilusminerals.com/s/Media-NewsReleases.asp?ReportID=138787&_Type=News-Releases&_Title=Nautilus-Outlines-High-Grade-Au-Cu-Seabed-Sulphide-Zone. 2008-05-17 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
19. Kermadec Deposit http://www.neptuneminerals.com/Neptune-Minerals-Kermadec.html 2009-02-15 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
20. RSC Article http://www.rsc.org/chemistryworld/issues/2007/january/treasuresdeep.asp

อ่านเพิ่มเติม

• Glyn Ford and Jonathan Simnett, Silver from the Sea, September/October 1982, Volume 33, Number 5, Saudi Aramco World Accessed 17 October 2005
• Ballard, Robert D., 2000, The Eternal Darkness, Princeton University Press.
• http://www.botos.com/marine/vents01.html#body_4
• Anaerobic respiration on tellurate and other metalloids in bacteria from hydrothermal vent fields in the eastern pacific ocean