Suối lạnh rỉ khí (cold seep) là nơi khí metan, hydro sulfua và dầu từ lòng trầm tích thấm chậm lên đáy biển, ở nhiệt độ gần như bằng nước biển xung quanh chứ không nóng như miệng phun thuỷ nhiệt. Quanh những chỗ rỉ này có cả một quần xã sống không cần ánh sáng mặt trời: vi sinh vật ăn metan, thảm vẹm, rừng giun ống có thể sống hàng trăm năm. Suối lạnh được phát hiện năm 1984 ở vịnh Mexico và nay được biết là có ở hầu khắp các rìa lục địa trên thế giới.
Suối lạnh khác miệng phun thuỷ nhiệt thế nào
Miệng phun thuỷ nhiệt ở các dải tách giãn được biết tới trước, từ năm 1977, và nổi tiếng hơn (có bài ở site khác trong hệ). Hai nơi cùng nuôi sự sống bằng hoá tổng hợp, nhưng khác nhau nhiều mặt:
| Đặc điểm | Suối lạnh rỉ khí | Miệng phun thuỷ nhiệt |
|---|---|---|
| Vị trí | Rìa lục địa, sườn lục địa, đới hút chìm, nơi trầm tích dày | Dải tách giãn giữa đại dương, cung núi lửa |
| Nhiệt độ chất lỏng | Gần bằng nước biển xung quanh, chỉ chênh vài độ | Có thể trên 350 °C ở cột khói đen |
| Nguồn năng lượng chính | Metan và hydro sulfua từ trầm tích | Hydro sulfua, hydro từ nước nóng tương tác với đá núi lửa |
| Tốc độ chảy | Rỉ chậm, âm thầm | Phun mạnh thành cột |
| Tuổi thọ một điểm | Có thể hàng trăm tới hàng nghìn năm | Thường vài năm tới vài chục năm rồi tắt |
| Nhịp sống của sinh vật | Chậm, sống rất lâu | Lớn nhanh, vòng đời ngắn |
Khác biệt về tuổi thọ giải thích chuyện lạ: sinh vật ở suối lạnh thường lớn chậm và sống lâu vì nguồn thức ăn ổn định qua nhiều thế hệ, còn ở miệng phun nóng, sinh vật phải lớn nhanh, đẻ sớm trước khi "nhà" tắt.
Phát hiện ở chân vách Florida
Năm 1984, một nhóm do nhà địa chất Charles Paull dẫn đầu dùng tàu lặn có người lái khảo sát chân vách đá dốc Florida, ở độ sâu khoảng 3.200 m trong vịnh Mexico. Họ tìm vách đá vôi, nhưng lại thấy thảm vẹm, giun ống và vi khuẩn trắng phủ dày, giống quần xã ở miệng phun thuỷ nhiệt Thái Bình Dương mà không hề có nước nóng. Nước rỉ ra ở đây là nước muối đặc giàu sulfua và metan thấm ra từ chân vách.
Phát hiện cho thấy sự sống hoá tổng hợp không chỉ phụ thuộc núi lửa đáy biển. Chỉ cần nguồn hoá chất giàu năng lượng thấm lên đều đặn, sự sống sẽ đến.
Cỗ máy sống bằng metan
Trung tâm của hệ sinh thái suối lạnh là một liên minh vi sinh vật nhỏ bé nhưng quan trọng tầm hành tinh. Trong bùn thiếu oxy, cổ khuẩn (archaea) ăn metan sống sát cạnh vi khuẩn khử sulfat. Cùng nhau, chúng "đốt" metan mà không cần oxy, dùng sulfat có sẵn trong nước biển, và nhả ra hydro sulfua cùng bicarbonat.
Quá trình này, gọi là oxy hoá metan kỵ khí, tiêu thụ phần lớn lượng metan thấm lên trong trầm tích biển trước khi nó kịp thoát vào nước. Nếu không có những vi sinh vật này, nhiều metan, một khí nhà kính mạnh, hơn hẳn sẽ lọt vào đại dương và khí quyển.
Hydro sulfua sinh ra lại thành thức ăn cho tầng sinh vật tiếp theo, và bicarbonat kết tủa thành đá vôi ngay trong bùn. Theo thời gian, suối lạnh tự xây cho mình những gò, mảng đá vôi cứng, thành nơi bám cho san hô và bọt biển đến sau.
Những cư dân của suối lạnh
Giun ống sống hàng trăm năm
Ở vịnh Mexico, loài giun ống Lamellibrachia luymesi mọc thành bụi dày. Chúng không có miệng, không có ruột; bên trong cơ thể chứa vi khuẩn cộng sinh biến hydro sulfua thành chất dinh dưỡng. Điểm đặc biệt là giun hút sulfua qua phần "rễ" vùi trong bùn chứ không chỉ từ nước. Các nghiên cứu ước tính một số cá thể lớn sống trên 250 năm, thuộc nhóm động vật không xương sống sống lâu nhất được biết.
Vẹm, trai và vi khuẩn trắng
Vẹm biển sâu chi Bathymodiolus mang vi khuẩn cộng sinh trong mang, có loài nuôi cả vi khuẩn ăn metan. Các loài trai họ Vesicomyidae cắm chân xuống bùn để hút sulfua. Mặt bùn phủ những thảm vi khuẩn trắng hoặc cam dạng sợi, oxy hoá sulfua ở ranh giới giữa bùn và nước.
Giun băng
Năm 1997, các nhà khoa học tìm thấy ở vịnh Mexico một loài giun nhiều tơ màu hồng sống đào hang ngay trên bề mặt những khối khí hydrat lộ ra đáy biển, đặt tên Hesiocaeca methanicola, thường được gọi là giun băng metan. Chúng có lẽ ăn vi khuẩn sống trên hydrat.
Khách vãng lai
Cua, tôm, cá, bạch tuộc tới kiếm mồi quanh rìa. Ở một số suối lạnh ngoài khơi Costa Rica có loài cua lông "yeti" nuôi vi khuẩn trên lông càng, chuyện của chúng có ở bài khác trên site này.
Hồ nước muối dưới đáy biển
Ở vịnh Mexico, dưới đáy có những lớp muối cổ dày, tàn tích của biển nông bốc hơi hàng trăm triệu năm trước. Nước thấm qua muối thành nước muối cực đặc, nặng hơn nước biển nhiều, đọng lại thành những "hồ" có mặt hồ, bờ hồ, thậm chí gợn sóng nhẹ, nằm ngay trên đáy biển. Bờ hồ viền thảm vẹm dày đặc. Nước trong hồ mặn tới mức thiếu oxy và độc với phần lớn sinh vật; cá, cua lỡ bơi vào thường không thoát ra được. Một hồ như vậy, được khảo sát giữa thập niên 2010, mang biệt danh "Jacuzzi of despair", bể sục tuyệt vọng.
Suối lạnh nhiều hơn người ta tưởng
Năm 2014, phân tích dữ liệu sonar dọc bờ Đại Tây Dương của Mỹ, từ Cape Hatteras tới Georges Bank, phát hiện khoảng 570 cột bọt khí metan bốc lên từ đáy biển, trong khi trước đó chỉ biết vài điểm. Các khảo sát tương tự ở ngoài khơi Na Uy, New Zealand, Nhật Bản, bờ tây Mỹ, Địa Trung Hải và nhiều vùng biển châu Á, cho thấy suối lạnh là đặc điểm phổ biến của rìa lục địa, không phải của hiếm.
Suối lạnh còn là chỉ dấu hữu ích: các công ty dầu khí xem dầu, khí rỉ tự nhiên như tín hiệu có hệ thống dầu khí bên dưới. Ở vịnh Mexico, những vệt dầu loang mỏng trên mặt biển nhìn thấy từ vệ tinh nhiều khi xuất phát từ các điểm rỉ tự nhiên chứ không phải từ tàu hay giàn khoan.
Góc nhìn hôm nay
Suối lạnh nằm đúng ở nơi con người muốn khai thác: rìa lục địa có dầu khí, có khí hydrat, có ngư trường lưới kéo đáy. Nhiều quốc gia đã đưa suối lạnh vào danh sách hệ sinh thái biển dễ tổn thương cần tránh khi khoan và đặt thiết bị. Về khoa học, chúng là phòng thí nghiệm để hiểu chu trình metan, và là một trong những mô hình mà giới sinh học vũ trụ dùng khi bàn về khả năng có sự sống ở đại dương dưới lớp băng của các vệ tinh như Europa hay Enceladus.
Muốn xem tận mắt, hãy tìm lưu trữ các buổi lặn robot trực tiếp của NOAA Ocean Exploration ở vịnh Mexico và bờ Đại Tây Dương, hoặc của tàu E/V Nautilus, thường có cảnh hồ nước muối và bụi giun ống kèm lời giải thích của nhà khoa học.
Câu hỏi thường gặp
Cold seep là gì?
Cold seep, hay suối lạnh rỉ khí, là nơi metan, hydro sulfua và dầu từ trầm tích thấm chậm lên đáy biển ở nhiệt độ gần bằng nước xung quanh. Quanh đó hình thành quần xã sinh vật sống nhờ hoá tổng hợp thay vì ánh sáng mặt trời.
Suối lạnh khác miệng phun thuỷ nhiệt thế nào?
Miệng phun thuỷ nhiệt phun nước rất nóng ở vùng núi lửa đáy biển và thường chỉ hoạt động vài năm tới vài chục năm. Suối lạnh rỉ chậm ở rìa lục địa, không nóng, có thể kéo dài hàng trăm năm, nên sinh vật ở đó lớn chậm và sống lâu.
Suối lạnh được phát hiện khi nào?
Năm 1984, ở chân vách đá dốc Florida trong vịnh Mexico, sâu khoảng 3.200 m. Nhóm khảo sát bất ngờ thấy thảm vẹm và giun ống tương tự quần xã ở miệng phun thuỷ nhiệt.
Giun ống ở suối lạnh sống bao lâu?
Loài giun ống Lamellibrachia luymesi ở vịnh Mexico được ước tính có thể sống trên 250 năm. Chúng lớn rất chậm nhờ nguồn sulfua ổn định do vi khuẩn cộng sinh xử lý.
Hồ nước muối dưới đáy biển là gì?
Là những vùng nước muối cực đặc đọng lại trong hõm trên đáy biển, có mặt hồ và bờ hồ rõ ràng. Nước này hình thành khi nước thấm qua các lớp muối cổ, thiếu oxy và độc với hầu hết sinh vật lạc vào.
