Derin Okyanusun Beyaz Kuleleri: Hidrojen, Metan ve Karbonatın Beslediği, Doğa Harikası Lost City

Lost City, 60 metreyi bulan doğal kuleleriyle bilinen en büyük hidrotermal bacaları içeriyor.  Bu bacalar, çoğu bacanın aksine metal ve sülfürden değil karbonattan oluşuyor. Desteklediği ekosistem de çok farklı: burada kemosentez sülfür ve metale bağlı değil ve tamamen hidrojen ve metan üzerine kurulu. Serhat, aylardır gözleriyle görüp çalışmak istediği ‘Lost City’ hidrotermal alanı ile ilgili bu bölgede başarıyla yaptığımız ilk dalışın ardından izlenimlerimizi aktarıyor.

Dünya üzerindeki hidrotermal sistemlerin neredeyse tamamı daha önceki yazılarda bahsettiğim ‘black smoker’ olarak tanımlanan sistemlerden. Bilim insanları hidrotermal bacaların keşfedilmesin bu yana yaptıkları gözlemlerde bu tip sistemlerin okyanus ortası sırtlarının yakınlarında meydana geldiğini anladılar ve hidrotermal baca araştırmaları için Dünya okyanuslarında görece dar bir koridoru temsil eden bu bölgelere yoğunlaşılması gerektiğini düşündüler. Fakat 2000 yılında keşfedilen yeni bir hidrotermal alan – LOST CITY –  ile bu düşünceler biraz esnetildi. Bu yazımızda sizlere bu yeni alanın keşfinin neden önemli olduğunu ve dinamiklerini anlatacağım.

Atlantis Masif’i Üzerinde bulunan Lost City Hidrotermal Alanı (Kelley et al., 2007)

Lost City hidrotermal alanı 2000 yılında Atlantik okyanusunda, Orta Atlantik Sırtı (MAR) ve Atlantis transfom fayının kesişiminden 15 kilometre uzakta (herhangi bir hidrotermal sistemin bulunma ihtimalinin çok az olduğu bir uzaklık), Atlantis masifinin üzerinde ve Amerikan Atlantis araştırma gemisiyle yapılan bir araştırma sırasında tesadüfen keşfedildi. Umuyorum ki okurken ‘Atlantis’ kelimesini ne kadar çok kullandığım dikkatinizi çekmiştir. O yıllarda araştırmacıların da dikkatini çekmiş olacak ki bu kadar ‘Atlantis’ in bir arada olduğu bir sisteme Lost City (Kayıp Şehir) isminin verilmesini uygun bulmuşlar.

Lost City Dünya üzerinde şimdilik türünün tek örneği. Peki bu alanı bu kadar özel kılan şeyler neler gelin birlikte bakalım. Lost City ortalama olarak 800 metre derinlikte, Atlantis masifinin doruk noktasında bulunan bir sistem, yani çoğu ‘black smoker’ sistemine göre daha sığda yer alıyor. Atlantis masifi genel olarak magnezyumca zengin peridotit ve onun alterasyon ürünü serpentinlerden oluşuyor. Buna benzer bir sistemi Rainbow hidrotermal alanında da görmüştük. Fakat Lost City ‘i diğerlerinden ayıran en önemli özellik onun sahip olduğu kimya. Lost City’de örneklenen sıvıların demir, CO2 ve H2S oranı neredeyse sıfır! Ayrılma ekseninden uzaktasınız ve magmatik sistemlerin karakteristik kimyasalları sizin sisteminizde yok. Hal böyle olunca ilk akla gelen şey magmanın sistemi beslemediğini ihtimali oluyor. Derinlere inen sıvıların black smoker sistemlerinde genel olarak magmayla ısıtıldığını biliyoruz, fakat bu durumda Lost City gibi bir sistemi döndüren sıcaklık kaynağı nerede?

Bu noktada Mustafa hoca’nın da birkaç günbatımı sohbeti esnasında  (okyanusun ortasında çok keyifli oluyor) detaylı anlattığı bir reaksiyondan bahsetmem lazım. Lost City’nin hidrotermal enerjisini veren sıcaklık, ısı veren yani ekzotermik bir jeokimyasal reaksiyondan geliyor. Tıpkı respirasyon ya da kemosentez gibi aslında bu da bir redoks reaksiyonu ve yine araştırmalarımızın başrolünde yer alan ‘demir’ bu noktada devrede. Bir magmatik kayaç olan ve magnezyum ve demir açısından zengin peridodit, aslında derinlerde oluşup kalması gerekiyorken Atlantis Masifi’nin özel jeolojisi nedeniyle deniz tabanına taşınmış durumda. Fayların da etkisiyle peridotitin arasına sızan su ile kayaç, aşağıdaki enerji veren reaksiyona giriyor:

Peridotite + H2O → Serpentine ± Brucite ± Magnetite + H ve ISI

Peridoditin kristal yapısında içerdiği demir +2 değerliğe sahip – burada sudaki oksijen atomu demirden bir elektronu kapıp demiri üç değerliliğe yükseltgerken su molekülü de indirgenip hidrojen gazına dönüşüyor. Demir +3 ise çoğunlukla magnetite minerali olarak çökeliyor. Kayaçla reaksiyona giren su da böylece ısınıp, oksijenini yitirip, hidrojen ile zenginleşip Lost City’nin muhteşem kireçtaşı kulelerinden derin Atlantik’e geri dönüyor. Magmatik etkinin görülmediği bir sisteme sahip olunca bilim insanları hidrotermal sistemlerin yukarıda tanımladığım gibi sadece dar bir koridorda oluşmayacağını anlamış oldular. İşte bu yüzden Lost City’nin keşfi çok önemli ve buna benzer sistemler okyanuslarımızda sandığımızdan çok daha fazla olabilirler. Fakat spesifik alanlarda yoğunluk göstermedikleri, tabiri caizse okyanuslara gelişigüzel dağıldıkları için bulunmaları da bir hayli zor. 

Bunlara ek olarak, yine bu sistemde serpentinleşmenin yan ürünleri olan CH4 ve H2’ yi bolca görüyoruz. Rainbow’daki sistemin sıcaklığının yaklaşık 360 oC olduğunu ve sıvıların asidik özellikte olduğunu söylemiştik. Lost City’deki sistem ise yine bunun tam tersi. Sistemde ölçülen en yüksek sıcaklık 94 oC ve sıvılar yüksek pH’a (9-11) sahip bazik sıvılar. Burada bacaların yapısı da tamamen farklı. Öncelikle, black smokerlarda gördüğümüz sülfür içerikli baca sistemi burada yok. Aksine, Lost City’de yüksek pH’ın tetiklediği kalsiyum karbonattan oluşan bacalar görüyoruz ve buradaki bacalar devasa boyutlara ulaşabiliyor. Black smoker sistemleri bir kaç metrelik bacalara sahipken burada gözlemlenmiş en uzun baca 60 metrelik bir dev ve Poseidon adı verilmiş.  

Bunların yanında beni en çok heyecanlandıran ise sistemde düşük molekül ağırlıklı hidrokarbonların bulunuyor olması. Yani Lost City gibi bir yerde sıvıların peridotit gibi kayalarla olan etkileşimi sonucunda siz hidrokarbonlar üretebiliyorsunuz. Dünya’nın ilk zamanlarında okyanusu kaplayan lav akıntılarının günümüzdeki gibi bazaltikten ziyade yoğunlukla komatitik (peridotit ile aynı kimyaya sahip fakat onun dış püskürük karşılığı) özellikte olabileceği düşünülüyor. Hal böyle olunca Lost City gibi sistemlerin o dönemlerde günümüze göre daha yaygın olabileceği düşünmemek için bir neden yok ve Dünya’ da yaşamın düşük sıcaklık ve yüksek pH’ a sahip buna benzer sistemlerin etrafında gelişmiş olabileceği fikri de çok uzak gelmiyor. Buna ek olarak Dünya üzerindeki bu tip sistemleri anlamak astrobiyoloji çalışmaları için başka dünyalarda keşfedilecek sistemlere de ışık tutacak. Geçen sene Batuhan’ında yazısında kaleme aldığı gibi (yazıya buradan ulaşabilirsiniz) Satürn’ün uydusu Enceladus’ daki gayzerlerin içeriğinde bulunan yüksek miktarda moleküler hidrojen (H2) (tıpkı Lost City’ de ölçtüğümüz gibi), uydunun derin okyanuslarında meydana gelen bir hidrotermalizmi ve çevresinde yaşayan canlıların var olabileceğini bilim insanlarına göstermiş oldu. Ben yakın gelecekte yeni Lost City’lerin hem kendi okyanuslarımızda hem de diğer dünyaların okyanuslarında keşfedileceğini düşünüyorum, umuyorum yanılmam.

Yararlanılan Kaynaklar

Kelley, D., Früh- Green, G.L., Karson, J.A., Ludwig, K.A.,  (2007), The Lost City Hydrothermal Field Revisited, Oceanography, Vol. 20, No. 4

Sefer ile ilgili görsellerin tüm hakları IFREMER’ e aittir.