Freya: Syvänmeren kaasukidekylmälähde Grönlannissa

Tutkijat, jotka kartoittivat Grönlanninmeren pohjaa, ovat löytäneet poikkeuksellisen syvän kaasukidekylmälähteen (gas hydrate cold seep), jonka ympärillä elää runsas eläinyhteisö hyödyntäen metaania ja muita hiilivetyjä. Löytö — yli 3 640 metrin syvyydessä — kyseenalaistaa oletuksia siitä, missä tuotteliaat kemosyteettiset ekosysteemit voivat sijaita, ja herättää uusia kysymyksiä arktisista hiilivarannoista ja syvänmeren suojelusta.

Yllättävä pintaääni johti merkittävään löytöön

Ocean Census Arctic Deep EXTREME24 -retkikunnan aikana aluksen vesipatsaassa havaittu epätavallinen kaasuvalmu (gas flare) kiinnitti huomion pinnan alla tapahtuvaan aktiivisuuteen. UiT The Arctic University of Norway -yliopiston johtamat tiimit lähettivät kauko-ohjattavan sukellusrobotin (ROV) tutkimaan kohdetta ja löysivät paljastuneita kaasukidemuodostelmia — kiteisiä rakenteita, joissa vesihäkit kapseloivat metaania ja muita hiilivetyjä korkeassa paineessa ja matalassa lämpötilassa.

Ryhmän näytteenotto kattoi tihkuvan metaanin, raakaöljyn ja ympäröivät sedimentit. Samalla dokumentoitiin monimuotoinen eläinyhteisö, joka kokoontui kaasukidekasojen ympärille. Nämä muodostelmat, nimetty Freya-kaasukidekasaksi, näyttävät olevan yksi syvimmistä dokumentoiduista kylmälähteistä — noin 3 640 metrin (noin 11 940 jalkaa) syvyydessä merenpinnasta, eli selvästi syvemmällä kuin useimmat aiemmin tunnetut lähteet.

Mitä jäätyneellä kaasureservillä elää?

Freya-kasojen ympärillä oleva biologinen yhteisö ei perustu auringonvaloon, vaan kemosynteesiin: mikrobit muuntavat metaania, vetyä ja muita rikkipituisia yhdisteitä orgaaniseksi aineksiksi, joka ruokkii ylempiä eliöitä. Tällainen symbioottinen ravintoverkko mahdollistaa runsauden paikassa, jossa perinteinen fotosynteesi ei ole mahdollista. Tutkijat havaitsivat siboglinid- ja maldanid-putkikäärmeitä, skeneid- ja rissoid-simpukoita, melitid-amfipodeja, harjakärsäisiä (bristle worms) ja simpukoita, jotka keskittyivät juuri nestevuodon lähteiden läheisyyteen.

Yksi Freya-kaasukidekasojen muodostelmista, merkittyine näytepaikkoineen.

• Siboglinid- ja maldanid-putkikäärmeet — putkimaisia matoja, jotka luottavat symbioottisiin mikrobeihin.
• Skeneid- ja rissoid-simpukat — pieniä kotiloita, jotka ovat sopeutuneet kemiallisesti rikkauksiin sedimentissä.
• Melitid-amfipodit ja katkarapumaiset äyriäiset — haaskansyöjiä ja laiduntajia kylmälähteen yhteisössä.

Kokonaisuudessaan Freya-yhteisö muistuttaa suku- ja heimitasolla arktisten hydrotermisten venttien faunaa, jota tavataan vastaavilla syvyyksillä. Tämä viittaa siihen, että syvänmeren pohjan "saarekkeilla" eli kemosynteettisillä ekosysteemeillä voi olla yhteyksiä ja samankaltaisia ekologisia rooleja eri ympäristöissä, esimerkiksi venttien ja kaasukidekylmälähteiden välillä. Tällaiset yhteydet ovat tärkeitä ymmärtääksemme laaja-alaisia kuljetusreittejä, geneettisiä yhteyksiä ja alueellista biodiversiteettiä arktisella merialueella.

Freya-kasoilta löydetyt eläimet: putkimatoja (b), katkarapumaisia äyriäisiä (c), harjamaistisia matoja (d) ja simpukoita (g).

Geologinen konteksti ja muinainen hiili

Sedimenttinäytteiden kemialliset analyysit viittaavat siihen, että lähteen ravintona toimivat hiilivedyt ovat peräisin maaperäisestä orgaanisesta aineksesta — jälkiä kukkivista maakasveista, jotka aikoinaan kasvoivat lämpimämmässä, metsämäisessä Grönlannissa miotseenikaudella (noin 23–5,3 miljoonaa vuotta sitten). Geologisen ajan kuluessa nämä hiilirikkaat kerrostumat ovat muuttuneet ja liikkuessaan jääneet loukkuun sedimentteihin ja kallioperän halkeamiin, josta ne nyt tihkuvat merenpohjaan muodostaen jatkuvaa vuotoa.

Kaasukiteet (gas hydrates) muodostavat merkittävän globaalin hiilivaraston: arvioiden mukaan noin viidesosa maapallon metaanista on sitoutuneena kaasukiteitten muodossa merellisiin sedimentteihin. Tämänkaltaisen tuotteliaan kaasukidekylmälähteen löytäminen yli 3,5 kilometrin syvyydestä laajentaa käsitystämme siitä, missä hiiltä voi varastoitua pitkiksi ajoiksi ja missä kemosynteettiset ekosysteemit voivat kukoistaa. Se myös muuttaa arvioita siitä, miten arktiset hiilivarannot voivat reagoida ympäristönmuutoksiin, kuten lämpenemiseen tai merenpohjan häiriöihin.

Merkitykset ilmastolle, biodiversiteetille ja teollisuudelle

"Tämä löytö kirjoittaa uudelleen oppikirjan arktisten syvänmeren ekosysteemien ja hiilenkierron kannalta", sanoi retkikunnan johtajatieteilijä Giuliana Panieri. Löydöllä on monia ulottuvuuksia: biologisesti merenpohjan keitaat lisäävät arktista luonnonmonimuotoisuutta; geokemiallisesti ne liittyvät pitkäaikaiseen hiilivarastointiin ja metaanivuotoihin; ja yhteiskunnallisesti ne linkittyvät kasvavaan kiinnostukseen syvänmeren resursseja kohtaan.

Syvänmeren kaivostoiminta on keskittynyt aiemmin polymetallisiin noduuleihin — perunankokoisiin mineraalipötköihin, jotka sisältävät harvinaisia maametalleja ja muita teknologialle tärkeitä aineita — mutta arktisen merenpohjan kartoitus paljastaa monia muita herkkiä elinympäristöjä. Meriekologi Jon Copley Southamptonin yliopistosta, joka osallistui retkikuntaan, varoitti, että "meripohjan saarenkaltaiset elinympäristöt on suojeltava mahdollisilta tulevilta syvänmeren kaivostoiminnan vaikutuksilta alueella." Tällaiset varoitukset korostavat tarvetta varovaiselle alueiden hallinnalle ja ennakkoluonteisille ympäristötutkimuksille ennen minkäänlaisten taloudellisten toimintojen laajentamista.

Tutkijat korostavat, että vaikka kaasukiteet kiinnostavat potentiaalisina energiavarantoina, niihin liittyy suuria epävarmuuksia: kuinka arvioida niiden taloudellisesti hyödynnettävät pitoisuudet, miten kiteitten destabilaatio tapahtuisi ja mikä olisi metaanin vapautumisen vaikutus ilmastoon. Metaani on voimakas kasvihuonekaasu lyhyellä aikaskaalalla; siksi kaasukiteitten häiriintyminen voisi vaikuttaa merkittävästi ilmastonmuutokseen, jos suuria määriä metaania pääsisi ilmakehään.

Tutkimusmenetelmät ja teknologia löytöjen takana

Retkikunta käytti yhdistelmää aluksella tehtäviä akustisia kartoituksia, vesipylvään kaasuvuotojen havaitsemista ja kohdennettuja ROV-sukelluksia merenpohjan kartoittamiseksi, nesteiden ja sedimenttien näytteenottoon sekä biologisten yhteisöjen dokumentointiin. Nykyaikaiset ROVit, joissa on manipulointivarret, terävät HD-kamerat ja in situ -anturit (esimerkiksi lämpötila-, paine-, kemiallisten komponenttien ja metaanipitoisuuden mittarit), ovat välttämättömiä toimimaan tällaisissa ääriolosuhteissa, joissa ihmisen suora läsnäolo on mahdotonta.

Kenttätutkimuksessa käytettiin myös massaspektrometriaa, isotooppianalyyseja ja geokemiallisia menetelmiä määrittämään hiilivetyjen alkuperä ja ikä sekä arvioimaan biologisten yhteisöjen riippuvuutta eri energiavirroista. Lisäksi tarvittiin korkean resoluution kaikuluotaimia ja lähietäisyyden valokuvadokumentaatiota rakenteiden ja elinympäristöjen tarkkaan kuvaamiseen. Näiden yhdistelmä mahdollisti paitsi tarkat näyteotot myös laajan kontekstin ymmärtämisen merenpohjan geologisesta ja ekologisesta ympäristöstä.

Tulevassa työssä tarvitaan integroitua geofysikaalista kartoitusta, pidempiaikaista lähteen aktiivisuuden seurantaa (se esimerkiksi ajastettuina toistuvina ROV-mittauksina ja automaattisina sensori-asemina) sekä mikrobi- ja makrofaunan genomiikkaa ja metagenomiikkaa, jotta voidaan ymmärtää yhteisöjen toiminnallisia rooleja, metaboliaa ja sopeutumisia. Pitkäaikaisseuranta auttaisi myös havaitsemaan mahdollisia muutoksia vuotoaktiviteetissa, jotka voivat olla seurausta luonnollisista syklin muutoksista tai ihmistoimista kuten merenpohjan häiriöistä.

Asiantuntijan näkökulma

Tohtori Elena Márquez, meribiogeokemisti (kontekstuaalinen asiantuntijakuvaus), kommentoi: "Freya-kasojen kaltaiset löydöt muistuttavat meitä siitä, että syvä meri pitää yhä yllä yllätyksiä. Muinaisen maaperän hiilen ja nykyisen merenpohjan elämän kytkös osoittaa, miten menneisyyden ilmasto-olosuhteet muovaavat nykyisiä ekosysteemejä. Näiden kohteiden suojeleminen samalla kun tutkimme niiden roolia hiilenkiertoon, tulisi olla prioriteetti."

Freya-löytö julkaistiin Nature Communications -lehdessä ja se korostaa sekä syvän arktisen tutkimuksen tieteellistä arvoa että sen herättämiä suojelullisia kysymyksiä. Kun arktisen alueen kiinnostus kasvaa meren jääpeitteen muuttumisen ja potentiaalisten resurssien vuoksi, poikkeuksellisten merenpohjan elinympäristöjen kuten Freya-kaasukidekasojen kartoittaminen ja suojeleminen tulee olla olennainen osa syvänmeren biodiversiteetin säilyttämistä ja maailmanlaajuisten hiilivarastojen vastuullista hallintaa.

Seuraavat askeleet tutkimuksessa sisältävät laajempien alueiden kartoituksen, vertailututkimukset muihin arktisiin ja ei-arktisiin kylmälähteisiin, sekä kestävyys- ja vaikutusarvioinnit mahdollisille tuleville teollisille toiminnoille. Käytännössä tämä tarkoittaa monitieteellistä yhteistyötä meriympäristötieteilijöiden, geologien, kemistien, geneetikkojen, päätöksentekijöiden ja intressiryhmien välillä, jotta löydön tieteellinen potentiaali saadaan hyödynnettyä ja suojelulliset riskit minimoitua.