Varm havkildebunn

Varm havkildebunn omfatter områder på havbunnen der det finner sted utstrømming av gasser, væsker eller fast stoff med vesentlig høyere temperatur enn havvannet på stedet. Utstrømming av oppvarmet gass eller væske er resultatet av at havvann sirkulerer fra havbunnen ned til varme vulkanske masser opptil flere kilometer under havbunnen og opp igjen. Varm utstrømming finner oftest sted langs midthavsrygger med havbunnsspredning. I norske farvann forekommer varm havkildebunn spredt langs hele den atlantiske midthavsryggen. Avhengig av materialmengden, materialets kjemiske sammensetning og temperatur vil områder med utstrømming av varme væsker og gasser framvise stor variasjon.

Varme havkilder (hydrothermal vents) forekommer på steder der svakhetssoner i jordskorpa gjør at vulkansk materiale fra jordas indre kommer i kontakt med havvann som ’ventilerer’ de varme bergartene. Forekomst av varm havkildebunn er alltid forbundet med vulkanske systemer langs midt-oseaniske rygger, havbunnsspredningssentre, vulkansk aktive områder eller dyphavsfjell (van Dover 2000, Desbruyères et al. 2000). Innen for området som dekkes av NiN finnes varm havkildebunn langs den midtatlantiske ryggen; en fjellkjede på havets bunn som er resultatet av resent og tidligere vulkansk aktivitet forårsaket av havbunnsspredning. Det best undersøkte området langs den midtatlantiske ryggen er Mohnsryggen nordøst for Jan Mayen, en fjellrygg (sjøfjell) som rager opp til 600 m under havoverflata.

Varme havkilder er helt spesielle kjemiske miljøer som karakteriseres av stor tilgjengelighet på redokspar (for eksempel H₂S og O₂; CH₄ og O₂) som gir grunnlag for en rik mikrobiell primærproduksjon. Organismesamfunnene på varm havkildebunn er meget spesielle, og inneholder de eneste autotrofe artene vi kjenner til som utnytter en annen energikilde enn sollyset for sin produksjon (kjemosyntetiserende bakterier av gruppen Archaea). Artssammensetningen innenfor hovedtypen varm havkildebunn er svært spesiell; det er anslått at 90 % av faunaen bare finnes i denne natursystem-hovedtypen. Artsmangfoldet er ikke spesielt høyt, men andelen endemiske arter er høy. Samfunnene er svært produktive (sammenliknet med andre samfunn på tilsvarende dyp); produksjonen kan være like høy som i strandsumper (estuarier). Det er imidlertid få arter som står for denne produksjonen. Årsaken til den høye produksjonen er såkalte kjemolitotrofe bakterier som bruker energi fra redusert svovel (fra H₂S) til å binde uorganisk karbon, på samme måte som planter bruker energi fra sollyset. Jernoksyderende bakterier (Gallionella sp.) representerer en annen spesiell tilpasing til det tungmetallrike miljøet som kjenetegner hovedtypen varm havkildebunn.

I verdensmålestokk står utstrømming fra varm havkildebunn for 25 % av varmetapet fra jordas indre, og bidrar med en mengde masse som svarer til ca. 15 % av den samlete massetilførselen via jordas elver.

Hydrotermiske varme kilder i havet ble første gang oppdaget i 1977 nær Galapagos-øyene i Stillehavet. Så seint som i 2001 ble det oppdaget et stort område på den midtatlantiske ryggen (ut for Nordvest-Afrika på 700 m dyp) der baserike væsker (men uten metaller) med høyt innhold av blant annet anhydritt (et kalsiummineral) har gitt opphav til fantastiske formasjoner og et utrolig dyreliv, som gir assosiasjoner til en ’tapt by’ (’Lost City’; Kelley et al. 2001). Temperaturen på væskene som strømmer ut er oftest relativt moderat (40–75 ºC er registrert i ’Lost City’), og pH i væsken er mellom 9 og 10. Berggrunnen i havbunnsspredningsområdene betår i hovedsak av peridotitt, som blir brakt opp til havbunnen ved tektoniske prosesser. Bergartsgruppa peridotitter inkluderer blant annet olivinstein (se Artikkel 19), det vil si ultramafisk materiale rikt på magnesium og jern, og med høyt innhold av H₂S-gass. Når varm peridotitt, som består av en blanding av fayalitt (Fe₂SiO₄) og forsteritt (MgSiO₄), kommer i kontakt med vann, reagerer fayalitten med vann og danner magnetitt (Fe₃O₄) og flytende kvarts (SiO₂). Forsteritten reagerer i sin tur med kvartsen og danner serpentin (Mg₃Si₂O₅(OH)₄), som er hovedmineralet i den ultramafiske bergarten serpentinitt. Denne prosessen kalles serpentinisering, og er en av de viktigste bergartsdannende prosessene i nåtida. Denne typen varm havkildebunn, som er knyttet til landformen havbunnsskorstein (IK–4), kalles ’hvite skorsteiner’, men det finnes også varm havkildebunn med temperatur på 200–400 ºC (’svarte skorsteiner’). ’Hvit’ og ’svart’ refererer til fargen på partiklene som slippes ut. Fra de svarte havbunnsskorsteinene strømmer det ut partikler med sulfidholdige mineraler (inkludert metaller), mens det fra de hvite havbunnsskorsteinene strømmer ut lysere partikler som inneholder barium, kalsium og silisium.

Følgende lenker inneholder utfyllende informasjon om varm havkildebunn (som også informasjon til beskrivelsene over er hentet fra):

http://www.nosam.no/konferanse/Midthavsrygger_Pedersen.pdf

http://www.geobio.uib.no

Følgende avgrensningskommentar er relevant for denne hovedtypen:

• Avgrensningskommentar 6 – kald havkildebunn (M2) mot varm havkildebunn (M3)

Kort om grunntypeinndelingen

Varm havkildebunn deles tentativt i to grunntyper på grunnlag av én økoklin (Fig. 1):

1. Jordvarme (JV)

Varm havkildebunn representerer svært særpregete natursystemer med stor variasjon i egenskapene til materialet som strømmer ut, blant annen med hensyn til kjemisk sammensetning og temperatur. Fortsatt er kartleggingen av varm havkildebunn i sin spede begynnelse, både med hensyn til hvor slike områder faktisk forekommer, hvordan artssammensetningen varierer mellom og innen arealenheter av varm havkildebunn, og hvordan variasjonen i artssammensetning samvarierer med variasjon i miljøforholdene. Interessen for varm havkildebunn har imidlertid økt sterkt de siste årene, og dagens kunnskap gir grunnlag for deling i to typer som først og fremst skiller seg med hensyn til temperaturen på utstrømmingsmaterialet. Denne forskjellen kommer til uttrykk som trinn 3 jordvarmeinfluert og trinn 4 sterkt jordvarmeinfluert langs den lokale basisøkoklinen jordvarme (JV).

Inndelingen i to grunntyper er vist i Fig. 1. Denne todelingen langs jordvarme (JV) fanger opp dagens kunnskap om variasjon innenfor hovedtypen. De to typene er gitt de norske navnene [1] bunn på hvit havbunnsskorstein (white smokers) og [2] bunn på svart havbunnsskorstein (black smokers).

Hvite havbunnsskorsteiner dannes der temperaturen i væskene fra jordas indre er lavere enn 100 ºC (40–75 ºC er rapportert fra ’Lost City’¸ se beskrivelse av hovedtypen). Den kjemiske sammensetningen kan variere, men væskene inneholder vanligvis ikke metaller. Hvite havbunnsskorsteiner kan være opptil 30–60 m høye. Årsaken til hvite havbunnsskorsteiner synes å være kjemiske prosesser knyttet til nedbryting av ultramafisk havbunnskskorpe (peridotitter), som frigir baserike væsker med høyt innhold blant annet av anhydritt, et kalsiumholdig mineral.

Svarte havbunnsskorsteiner dannes ved utstrømming av metallsulfidrike, varme (200–400 ºC) væsker på havbunnen. Disse væskene består av havvann som sirkulerer fra havbunnen ned til varme vulkanske masser opptil flere kilometer under havbunnen og opp til havbunnen igjen, der de strømmer ut. Væsken varmes opp og frakter med seg kjemiske stoffer (flermetall-sulfider er typisk) og mineraler (blant annet gull, sølv, kobber og andre verdifulle mineraler) til havbunnen omkring utstrømmingspunktet. Der avkjøles væsken raskt og faste stoffer felles ut omkring kildepunktet. Skorsteinsstrukturer dannet fra utfelling opptrer hyppig omkring utstrømmingspunktet. De kan oppnå en formidabel størrelse og inneholde materialmengder fra flere tusen opp til rundt 100 millioner tonn. I transekter utover fra utstrømmingspunktet kan det observeres lagformede avsetninger av mineraler og metaller. Avsetningenes kjemiske egenskaper varierer ofte systematisk med avstand fra utstrømmingspunktet, akkurat som mange egenskaper (blant annet temperatur) varierer fra kildesentrum til kildeperiferi i kilder på land.

Det er foreløpig ikke grunnlag for å peke ut lokale andre basisøkokliner som det er sannsynlig at influerer på artssammensetningen innenfor varm havkildebunn, og som derfor bør inkluderes i et beskrivelsessystem. En mulig kandidat til en slik økoklin er kornstørrelse (KO) (basert på samme resonnement som for kald havkildebunn). Behovet for å supplere tungmetallinnhold (TU) med trinn for utstrømmingssubstrater med spesiell kjemisk substratsammensetning må vurderes.

Varm havkildebunn er så langt bare kjent fra kombinasjonen av vannmassetyper (MT) trinn Y5 norskehavsdypvann.

Beskrivelsessystemet for varm havkildebunn inneholder bare generelle tilstandsøkokliner (se Fig. 2).

Beskrivelsessystemet for varm havkildebunn omaftter bare objektgrupper uten direkte betydning for artsmangfoldet (Fig. 3).

Landformvariasjon

Varm havkildebunn forutsetter forekomst av landformenheten havbunnsskorstein (IK–4). For øvrig er ikke landformvariasjon relevant for å beskrive variasjon innenfor hovedtypen.

Ingen dominanstyper blir beskrevet for denne hovedtypen.