FISSURAS HIDROTERMAIS Introdução Grandes fissuras na

FISSURAS HIDROTERMAIS
Introdução
Grandes fissuras na superfície da Terra são produzidas quando as placas tectónicas se movimentam
entre si. Estas fendas atravessam, principalmente, as bacias oceânicas, dando origem a um sistema
vulcânico de 60 000 km de extensão que circunda todo o globo e é conhecido por cristas médiooceânicas. Com excepção da Islândia, esta cintura vulcânica encontra-se, toda ela, submersa no
oceano, entre dois e quatro quilómetros de profundidade. Contudo, é ao longo destas cristas que
rocha fundida (o magma), originada a profundidades entre os 20 e os 80 km no interior da Terra,
ascende e emerge ao nível do fundo oceânico, repavimentando vastas áreas do nosso planeta à
medida que a crosta oceânica vai sendo empurrada para fora das cristas. O resultado de toda esta
dinâmica são paisagens constantemente remodeladas pelas erupções vulcânicas e sismos, onde
surgem nascentes quentes tóxicas e se regista uma abundância de vida independente da luz do sol.
Tendo em consideração a enorme extensão das cristas e a sua relativa
inacessibilidade, já que se trata de uma das áreas mais interessantes e desconhecidas do planeta,
ainda são necessários muitos estudos para que se possa responder muitas questões. Mas sabe-se que,
actualmente, a energia gerada nas cristas dissipa-se ao nível do fundo oceânico, conduzindo à
circulação de grandes quantidades de água do mar através da crusta oceânica. O resultado desta
circulação é a existência de fluidos hidrotermais quentes (cerca de 400°C) e ácidos que transportam
metais em solução e estão carregados de gases dissolvidos como o metano e ácido sulfídrico.
Exemplos de fontes hidrotermais: Lucky Strike, Menez Guen, Rainbow e Saldanha, nos Açores.
Caracterização
As cordilheiras mediooceânicas são os locais de maior actividade vulcânica e tectónica dos fundos
marinhos. O vale principal de rifte é o centro de toda a acção. As paredes do vale encontram-se
falhadas e intruídas com soleiras e diques basálticos e o fundo do vale coberto por fluxos de basalto
e taludes de blocos provenientes das paredes do vale, misturada com uma fina camada de
sedimentos depositados a partir das águas superficiais. As cordilheiras mediooceânicas encontramse deslocadas em muitos locais por falhas transformantes, que deslocam lateralmente os vales de
rifte. Formam-se nascentes hidrotermais no fundo do vale do rifte quando a água do mar se infiltra
nas fendas e fracturas dos basaltos pelos flancos da cordilheira, sendo aquecida à medida que se
movimenta através do basalto quente e, finalmente, sai no fundo do vale com uma temperatura que
pode atingir os 380ºC. Algumas dessas nascentes chamam-se chaminés negras (black smokers),
libertando uma ―nuvem‖ de sulfureto de hidrogénio e metais lixiviados do basalto pela água quente.
Outras são chamadas de chaminés brancas (white smokers), com uma composição diferente e
temperaturas mais baixas. Outras, ainda, são chamadas de chaminés cinzentas (gray smokers). As
nascentes hidrotermais existentes no fundo marinho produzem nódulos de minerais de argila
enriquecidos em óxidos de ferro e manganês e grandes depósitos de sulfuretos de ferro, zinco e
cobre, para além de suportarem todo um ecossistema baseado exclusivamente em bactérias
quimioautotróficas, que produzem compostos orgânicos a partir da oxidação dos compostos
minerais libertados pelas chaminés
As fontes mais importantes são conhecidas por "black smokers" e são constituídas por jactos de
água a uma temperatura de cerca de 350 ºC. Estas águas contêm sais dissolvidos aquando da sua
passagem através da rocha basáltica quente, que se precipitam construindo chaminés de sulfitos,
sulfatos, óxidos e silicatos, que podem atingir alguns metros de altura. Além dos "black smokers"
existem os "white smokers", com temperaturas menos elevadas, 100 a 300 ºC, e com cor branca
devido à cor dos precipitados dominantes: baritite e sílica.
Estes locais são povoados por comunidades de organismos com características muito próprias
(extremófilos) e a biomassa das fontes hidrotermais pode representar entre 500 a 1000 vezes o valor
da biomassa na sua vizinhança; a produtividade biológica destas comunidades é de origem química
e não fotossintética; estes ecossistemas são dependentes de reacções com o enxofre; este ambiente é
extremamente dependente de bactérias quimiossintetisantes.
Biogeoquímica
Quando os fluidos quentes, carregados de metais, emanam do fundo oceânico, ocorrem reacções
entre esses fluidos e a água do mar fria profunda, levando à precipitação de sulfuretos metálicos, a
reacção que tem gerado alguns dos maiores jazigos metálicos na Terra.
As fontes hidrotermais são o resultado da circulação da água do mar pelas rachas e fissuras
existentes na nova crosta terrestre, à medida que esta se forma nas zonas de rifte. Ao circular
através destas rachas, a água do mar aquece a cerca de 350ºC, dando origem a uma complexa série
de reacções químicas. Um quarto da perda total de calor resulta da circulação hidrotermal na crosta
oceânica (Stein e Stein, 1994). Esta circulação hidrotermal proporciona trocas químicas entre a
água do mar e as rochas oceânicas, agindo como importante regulador da química dos oceanos e do
conteúdo de voláteis do interior da Terra. Estas zonas são caracterizadas não só por uma actividade
biológica intensa mas também por importantes depósitos de sulfetos metálicos. (Francheteau et al.,
1979).
O sulfato (SO4(-2)), o terceiro ião mais abundante dissolvido na água do mar, quando aquecido
reage com a água formando sulfureto de hidrogénio (H2S) (Alt, 1995), o qual, embora tóxico para a
maioria dos animais, desempenha um papel central nos processos subsequentes, à medida que a
água quente emerge das chaminés. Em geral, em profundidades médias da ordem de 2500 m (em
zonas de fissura), sao encontrados depositos e ocorrem em altas concentrações de cobre
(calcopirita), zinco (esfalerita), chumbo (galena) e ainda ouro e prata. Estima-se que os depósitos
podem atingir proporções entre 1 e 100 milhões de toneladas.
Como as fissuras se formam
Processos vulcânicos, tectónicos e hidrotermais nas cristas médio-oceânicas controlam, igualmente,
a composição química da litosfera oceânica e a paisagem das vastas planícies abissais. Por baixo
das cristas de rápida expansão, como a da Elevação do Pacífico Este, a existência duma intrusão
estacionária de magma é, frequentemente, invocada para fornecer rocha fundida às frequentes
intrusões de magma — diques — e para os episódios eruptivos do fundo oceânico que alimentam.
A lente de magma também fornece calor para o estabelecimento de uma circulação de água quente
(hidrotermal) na crusta oceânica. No entanto, nas cristas de expansão lenta e muito lenta, como a
Crista Média Atlântica e a Gakkel, por baixo do Oceano Árctico, os episódios magmáticos são
muito menos frequentes e a extensão tectónica da litosfera por intermédio de falhas constitui uma
parte significativa da expansão dos fundos oceânicos. Encontramo-nos ainda num estado precoce da
compreensão dos mecanismos que controlam os ciclos de episódios magmáticos/tectónicos ao nível
das cristas médio-oceânicas. As cristas médio-oceânicas e os pontos quentes tais como a Islândia, os
Açores e as Ilhas Galápagos, possuem o maior fluxo de calor do manto da Terra para o fundo dos
oceanos. O efeito de tais pontos quentes manifesta-se pela diminuição da profundidade ou mesmo a
emergência do fundo oceânico (os dois casos mais paradigmáticos são o Hawai, na bacia do
Pacífico, e a Islândia, na Crista Média Atlântica), aumento da espessura da crusta oceânica,
mudanças no estilo e intensidade do vulcanismo submarino e evolução da geometria dos centros de
expansão dos fundos oceânicos. Quando um ponto quente interage com um foco de expansão de
crista médio-oceânica, a lava que emerge no fundo oceânico (e nas ilhas geradas por pontos
quentes) contém, igualmente, importante informação sobre a composição química do manto
terrestre. Porém, não sabemos ainda se a maioria dos pontos quentes que ocorrem nas bacias
oceânicas possuem raízes profundas no Manto Inferior da Terra ou se são originados por anomalias
na parte superior do Manto. Investigações futuras nas cristas médio-oceânicas e pontos quentes
ajudarão a esclarecer estas e outras questões fundamentais.
Quimiossíntese bacteriológica em comunidades hidrotermais
Os animais que aí se encontram podem ser
estranhos para os nossos padrões, nomeadamente vermes gigantes sem tubo
digestivo que se alimentam aproveitando-se de bactérias nos seus tecidos
que, por sua vez, aproveitam a energia do químico normalmente tóxico,
ácido sulfídrico. Estes e muitos outros animais únicos das fontes hidrotermais
das cristas têm muito para nos ensinar sobre a forma como suportam e até
prosperam no seio do ambiente hostil e dinâmico que habitam. Os
microrganismos encontrados nas nascentes hidrotermais podem viver em
ambientes ainda mais extremos e apenas recentemente começou a ser
estudada a enorme diversidade de caminhos metabólicos (cadeias de
reacções bioquímicas) encontradas em seres vivos que vivem tanto sobre
como sob o fundo oceânico.
H2S HS- S2- (Microbiology Concepts and applications)
Produtores primários em fissuras hidrotermais
Na escuridão dos ambientes abissais, não há luz disponível para fotossíntese. Portanto, nesses
ambientes encontram se bactérias que podem utilizar outras fontes de energia para fixar matéria
orgância. A água proveniente de uma fissura é rica não apenas em minerais dissolvidos mas
também em bactérias quimiositeticas. Essas sao capazes de utilizar compostos sulfurados para
produzir matéria orgância através de um processo que quimiossintese. As bactérias são autotroficas
que oxidam hidrogenossulfato nos microambientes das fissuras, para obter energia, a qual é usada
para produzir matéria orgânica. Desta forma, a oxidação química de sulfeto de hidrogênio e outras
substâncias redutoras constitui a energia necessária para a síntese de matéria orgânica. Os
microorganismos quimiossintetizantes estão aparelhados para atuar num ambiente extremamente
tóxico à maioria da vida no nosso planeta e formam a base de uma cadeia alimentar que reúne um
grande número de exóticos animais.
Como se desenvolve uma comunidade numa fissura
Quando se forma uma fissura, a lava ao emergir torna-se coberta com uma grossa camada de
bactérias. Logo pequenos animais começam a alimenta-se da mesma camada. Gradualmente
animais maiores incluindo predadores de grande porte, acabam por completar a cadeia que coloniza
a fissura.
Alguns dos animais mais bem sucedidos ao colonizar as fissuras, formam relações simbióticas com
bactérias quimiossintéticas. Essas vivem entre os tecidos dos animais e promovem suplemento
alimentar, já que alguns desses animais não possuem cavidades, absorvendo os nutrientes
directamente pelos tecidos.
Quanto à comunidade microbiana, dentre os termófilos obrigatórios encontram-se as
hipertermófilas que apresentam crescimento óptimo em temperaturas em torno e acima dos 85°C
como por exemplo bactérias dos gêneros Aquifex, Thermocrinis e Thermotoga. O fluido hidrotermal
enriquecido mantém um grande número de bactérias, predominantemente espécies Thiomicrospira.
Pode-se tam,bem citar Pyrolobus fumarii, que foi isolado de uma fenda no Oceano Atlântico, a uma
profundidade de 3.650 metros, crescendo em uma faixa de temperatura de 90 a 113°C, pH de 4 a
6.5 e concentrações de NaCl variando de 1 a 4%.
Gigantismo
Devido à pressão, a taxa metabólica de todos os animais é menor, o que faz que haja um atraso na
maturação sexual , cresçam mais devagar e com um tempo de vida muito maior. O resultado é a
ocorrência do gigantismo abissal dos invertebrados, que podem ser dez vezes maiores que os
correspondentes da superfície.
Riftia pachyptila - O vermes gigante Riftia pachyptila, pode atingir 3.5m de comprimento,
não tem boca nem aparelho digestivo. O corpo deste invertebrado marinho forma um longo tubo
branco, que apresenta uma rápida taxa de crescimento. Pode crescer 8.4 cm por ano. Na sua
extremidade, uma pluma vermelha absorve água sulfurosa utilizada pelas bactérias, que vivem no
seu interior, na produção de energia e alimento para o verme. É curioso o modo como as bactérias
penetram no verme: no estádio juvenil o verme tem boca, através da qual entram as bactérias. Mais
tarde, a boca desaparece.
Calyptogena magnifica - Amêijoa gigante, que pode atingir 30 cm de comprimento, recebe
os seus nutrientes das bactérias simbióticas que vivem nas suas brânquias. Fixam-se umas às outras,
aos vermes gigantes e às rochas por meio de filamentos plásticos. Também conseguem mudar de
localização disparando novos filamentos em direcção a outra superfície.
Bathymodiolus thermophilus - Embora este mexilhão gigante também viva em simbiose
com bactérias, pensa-se que também se alimenta de partículas existentes na coluna da água,
provenientes da superfície. No entanto as pequenas dimensões da boca e aparelho digestivo indicam
que esta fonte de alimento é secundária.
Munidopsis subsquamosa - As carochas são crustáceos, completamente brancos, que
invadem o fundo em busca de alimento.
Cyanograea praedetor - Os caranguejos brancos são completamente cegos e vivem muito
perto dos bancos formados pelos vermes vestimentíferos.
Condições Físicas de uma Fissura
1. Pressões elevadas - 300 atm
2. Temperaturas extremas – as temperaturas podem chegar aos 4030C
3. Sulfeto de hidrogênio, como fonte de energia principal para a maioria dos seres neste
micro ambiente
4. pH – é bastante ácido, 2.8
Chaminés
As cordilheiras mediooceânicas são os locais de maior actividade vulcânica e tectónica dos fundos
marinhos. O vale principal de rifte é o centro de toda a acção. As paredes do vale encontram-se
falhadas e intruídas com soleiras e diques basálticos e o fundo do vale coberto por fluxos de basalto
e taludes de blocos provenientes das paredes do vale, misturada com uma fina camada de
sedimentos depositados a partir das águas superficiais. As cordilheiras mediooceânicas encontramse deslocadas em muitos locais por falhas transformantes, que deslocam lateralmente os vales de
rifte. Formam-se nascentes hidrotermais no fundo do vale do rifte quando a água do mar se infiltra
nas fendas e fracturas dos basaltos pelos flancos da cordilheira, sendo aquecida à medida que se
movimenta através do basalto quente e, finalmente, sai no fundo do vale com uma temperatura que
pode atingir os 380ºC. Algumas dessas nascentes chamam-se chaminés negras (black smokers),
constituídos por jactos de água a uma temperatura de cerca de 350 ºC. Estas águas contêm sais
dissolvidos aquando da sua passagem através da rocha basáltica quente, que se precipitam
construindo chaminés de sulfitos, sulfatos, óxidos e silicatos, que podem atingir alguns metros de
altura. Outras são chamadas de chaminés brancas (white smokers), com uma composição
diferente; com temperaturas menos elevadas, 100 a 300 ºC, e com cor branca devido à cor dos
precipitados dominantes: baritite. Outras, ainda, são chamadas de chaminés cinzentas (gray
smokers). As nascentes hidrotermais existentes no fundo marinho produzem nódulos de minerais de
argila enriquecidos em óxidos de ferro e manganês e grandes depósitos de sulfuretos de ferro, zinco
e cobre, para além de suportarem todo um ecossistema baseado exclusivamente em bactérias
quimioautotróficas, que produzem compostos orgânicos a partir da oxidação dos compostos
minerais libertados pelas chaminés
Importância das Fontes Hidrotermais
Comunidades microbianas únicas que habitam esses ambientes possuem elevadas taxas de
produtividade e biomassa a partir de uma cadeia alimentar baseada em produtos primários
(bactérias quimio-autotróficas) que transformam o carbono inorgânico em orgânico, utilizando
energia de origem geotérmica presente nos fluidos hidrotermais, num processo alternativo à energia
solar e à fotosíntese. Além de serem visualmente espetaculares, os campos hidrotermais têm
também um grande valor potencial para a indústria biotecnológica e que constituem uma janela para
o estudo da evolução da vida. As fumarolas (smokers), também contribuem de forma a controlar a
actividade hidrotermal na perda global de calor por parte do planeta
Bibliografia
Saldanha, L. (1991). Fauna das profundezas marinhas. Colóquio/Ciências – Revista de Cultura
Cientifica (Fundação Calouste Gulbenkian), Ano 3, nº 7: 26-42.
Mello S. , Quental S. . Depósitos de sulfetos metálicos no fundo dos oceanos . Rev. Bras. Geof.
Vol18 nº3 São Paulo 2000
CHENG, T. (ed) (1 971). Aspects of the biology of symbiosis. University Park Press, Baltimore:
327pp.
Ré, P.(2001). Biologia Marinha. Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa
Fontes Hidrotermais
As fontes hidrotermais, como se encontram, na sua maioria, a grandes profundidades não recebem
luz solar, pelo que os organismos que aqui habitam tiveram de arranjar fontes alternativas de energia para
a fixação do CO2. Esta fonte alternativa consiste na oxidação de sulfuretos, especialmente H2S, processo
este denominado de quimiossintese. O H2S encontra-se em grandes quantidades nas emanações das
fontes hidrotermais pois quando o ião sulfato é aquecido forma H2S.
As fontes hidrotermais libertam fluidos com temperaturas na ordem dos 400ºC, com pH ácido e
elevadas concentrações de gases como o CO, CO2, H2S, CH4 e H.
Praticamente todas as bactérias são anaeróbias, sobrevivendo entre os 48ºC e os 110ºC. Estas
bactérias hipertermofilas têm que conseguir resistir a choques térmicos, uma vez que as temperaturas da
água em redor das fontes hidrotermais ronda os 2 graus e os fluidos que saem das fontes hidrotermais
encontram-se a temperaturas superiores a 300º, o que pode levar a que as bactérias sofram grandes
choques térmicos.
Muitos dos organismos que habitam as fontes hidrotermais e que actuam como produtores
primarios (nomeadamente as bacterias quimioautotroficas) vivem em simbiose com outros organismos
hospedeiros multicelulares (ex: poliquetas), podem formar coberturas do fundo do mar ou sobrevivem até
dentro das chaminés das fontes hidrotermais.
Neste tipo de ambientes podemos encontrar arqueobacterias que se dividem em grupos consoante
o aceitador final de electrões. Temos as metanogenicas (ex: Methanococcus, Methanopyrus), as
sulfatorredutoras (Archaeoglobus) e autotróficas facultativas ou heterotróficas (Pyrococcus, Thermococcus,
Desulfurococcus).