Fontes frias

Fontes frias
Uma infiltração fria (às vezes também chamada de respiradouro frio) é uma área dos bentos onde o
sulfido de hidrogénio, metano e outros fluidos ricos em hidrocarbonetos ocorrem, maior parte das
vezes na forma de uma piscina “Brine”. As fissuras frias constituem um ecossistema que suportam
várias espécies endémicas.
Enormes comunidades de organismos independentes da luz – conhecidos como extremófilos –
desenvolvem-se dentro e à volta desses ecossistemas, maioritariamente necessitando da relação
simbiótica com bactérias quimioautotróficas para sobreviver. Estes procariotas, Archaea e Eubacteria,
processam sulfidos e metano em energia química através de quimiosíntese. Organismos que se
apresentam acima dos bentos, tais como vermes tubículas gigantes, usam esta energia para o seu ciclo
de vida. Em troca, as bactérias são providas de segurança e de uma fonte de alimento viável. Outras
bactérias formam redes cobrindo vastas áreas.
Fontes frias e fontes e hidrotermais são semelhantes, pois a sua fonte alimentos para os respectivos
ciclos de vida não provém da fotossíntese. Ao contrário das fontes hidrotermais que são ambientes
voláteis e efémeros, as fontes frias emitem a uma taxa lenta e dependente de vários factores. Por
consistirem em fontes de temperaturas baixas e estáveis, muitos dos seus organismos tem uma
esperança de vida média, maior que nas fontes hidrotermais. Os vermes tubículas, por exemplo, são os
invertebrados conhecidos com maior esperança média de vida, situada entre 170 a 250 anos.
Localização
Fontes frias foram descobertas em 1984 pelo Dr. Charles Paull no Golfo do México a uma
profundidade de 3200 metros. Desde esse tempo, fontes foram descobertas noutros Oceanos do
mundo, incluindo no Monterey Canyon que se situa na Baía Monterey, Califórnia, no mar do Japão,
na costa do Pacífico da Costa Rica, no Atlântico ao longo da costa de África, nas águas da costa do
Alasca, e debaixo da plataforma de gelo da Antárctica. A comunidade de fontes mais funda que se
conhece encontra-se na vala japonesa a uma profundidade de 7326 metros.
Organismos
Um dos oásis quimiossínteticos na Terra, são as fontes frias que normalmente implicam o vazamento
ascendente do metano dissolvido na água ou como pequenas bolhas. Os vulcões de lama das fontes
frias relacionadas, formam-se por cima de grandes acumulações de sedimento nas quais as bactérias
digerem a matéria orgânica, produzindo metano como um produto inútil. As bactérias especialmente
desenvolvidas oxidam o metano, formando uma cadeia alimentar. As bactérias especializadas
desenvolveram-se para oxidar o sulfito de hidrogénio aromático, o produto inútil de ainda outras
bactérias que vivem abaixo do andar oceânico, que oxidam iões de sulfato de origem marinha.
Bactérias cor de enxofre de maior dimensão (Beggiatoa spp.) formam esteiras finas, parecidas à neve
no solo oceânico onde o vazamento se realiza. Há também formas de esteiras bacterianas em aberturas
quentes, mas Beggiatoa é comum nas fissuras frias e alguns ambientes não-frios onde as subidas de
sulfito de hidrogénio perto do solo oceânico e oxigénio estão presentes na água.
Metano
O metano, o mais simples dos hidrocarbonetos, é um gás inodoro e incolor, sua molécula é tetraédrica
e apolar (CH4), de pouca solubilidade na água, e quando adicionado ao ar, se transforma em mistura
de alto teor explosivo.
Principais fontes
Emanação através de vulcões de lama e falhas geológicas
Decomposição de resíduos orgânicos
Fontes naturais (ex: pântanos)
Extração de combustível mineral
Processo de digestão de animais herbívoros
Bactérias
Aquecimento ou combustão de biomassa anaeróbica
Aproximadamente 60% da emissão de metano no mundo é produto da ação humana, vindo
principalmente da agricultura. Durante os últimos 200 anos, a concentração deste gás na atmosfera
aumentou de 0,8 para 1,7 ppm.
Essa forma reduzida do carbono é um gás potente que provoca o efeito estufa. Ele é o menor
componente da atmosfera; por outro lado, grandes quantidades de metano são armazenados nos
sedimentos das margens continentais como consequência da pressão e hidratos gasosos congelados
sensíveis á temperatura. A dissociação destes hidratos e a libertação de metano, que podem ter
importantes implicações climáticas, foram evidenciadas no passado, baseadas na composição isótopa
de foraminíferos fósseis que datam de estudos paleoceanográficos antigos. Pequena parte dessa
informação é análoga às fontes modernas, só sendo documentada pela importância do metano
libertado por formaníferos de composição isótopa.
O metano geralmente tem origem nas fontes frias, que são ideais para investigar a relação entre
metano e composição isótopa de foraminíferos. Tem um papel importante na história climática da
Terra, por exemplo, o aquecimento repentino, que caracterizam as primeiras décadas de interglaciais e
interestaduais, é acompanhado por um crescimento enorme de metano na atmosfera terrestre. Já se
sabe que os hidratos de gás são sensíveis à temperatura e pressão; assim, a dissociação dos hidratos de
gás podem resultar de condições climáticas mais quentes e águas quentes, ou níveis de mar mais
baixos. O metano liberto pela recção dos hidratos de gás podem difundir até a coluna de sedimentação,
oxidados por bactérias e contribuirem bicarbonato para a piscina de carbono inorgãnico dissolvida e
possivelmente serem incorporados em testes de foraminíferos. (Day S. 2003)
Corrente dos fluídos e ciclo biogeoquímico nas fontes frias
Grandes volumes de água estão entre sedimentos marinhos e enchem as fracturas do fundo oceânico.
Estas massas de água submarinas também descritas como “oceano por baixo do bentos” podem ter um
volume de 2 milhões de km cúbicos, equivalente às massas de água fechadas nas plataformas de gelo
polares. Devido a intensas interacções entre rocha e água, actividade microbiana e processos de
diagénese (Diagénese, em geologia e oceanografia, refere-se a qualquer mudança química, física ou
biológica sofrida por um sedimento após a sua deposição inicial, durante e após a sua litificação,
excluindo alteração superficial e metamorfismo) a elevadas temperaturas e pressões, a composição dos
fluidos diferem da água do mar normal. Algumas espécies e elementos como metano e
hidrocarbonetos maiores, carbono inorgânico dissolvido, sulfido, amónia e iodeto, são fortemente
enriquecidos enquanto que cálcio e outros elementos são removidos devido à água do mar.
Fluídos que estão enterrados são eventualmente reciclados no Oceano pela alta permeabilidade de
entradas criadas por actividades tectónicas e fracturação-hídrica. A corrente do fluído é conduzida por
gradientes de pressão criados pela compactação tectónica, sedimentação instável e processos de
diagénese. Perto do bentos, a corrente do fluído é modulada por correntes de fundo e topografia, fauna
endo-bentónica e o contraste enorme entre fluídos que submergem e águas que se estendem pos cima
dos bentos. Os fluidos em foco e os gases são expulsos no oceano em aberturas frias, ou o frio penetra
onde a velocidade de fluxo de Darcy vertical varia em várias ordens de magnitude. Os grandes
volumes de sedimento liquefeito e fluído também aumentam ao solo oceânico por lama e vulcões.
Perto dos continentes, as águas de terra costeiras podem acrescentar significativamente ao fluxo do
fluido submarino total.
Os tipos diferentes de fluido submarino descarregado e a sua armação estratigráfica geológica; os caminhos no sedimento são
importantes para o estabelecimento das fontes. A água de Gound pode ser encontrada perto da costa, penetrada, evidenciadas
por camadas de sedimento porosas. As salmouras desenvolvem-se pela migração fluida por falhas que são estabelecidas acima de
depósitos de sarrafo. Os Chemoherms são estruturas de carbonato maciças onde o metano descarregado é convertido ao
carbonato. Esses depósitos de carbonato compõem-se de chaminés, cimentam conchas de bivalves e representam um hábitat rico
em organismos, p. ex., o peixe. Os hidratos de gás compõem-se de água e metano e são só estáveis embaixo de pressão elevada e
temperatura baixa; eles podem desenvolver-se em conjunto com o óleo de depósitos de hidrocarboneto e da decomposição da
matéria orgânica. Devido à sua densidade reduzida eles podem flutuar à superfície do mar.
Grandes animais bentónicos e comunidades microbianas que residem em sedimento superficial no
fundo do mar, são afectados pelo fluxo do fluido abrangente. O metabolismo desses organismos é
conduzido pela energia obtida durante a oxidação de metano ascendente e também do sulfeto. Essas
comunidades actuam como um eficaz "filtro bentónico" modificando fortemente os fluxos de
elementos nas águas de fundo oceânico por processos de oxidação e a precipitação de carbonato
"authigenic" (Um depósito de mineral authigenic ou rocha sedimentada, gerada onde se encontra ou é
observada, in situ), sulfato e minerais de sulfeto.
Investigou-se os fluxos da água, espécies em suspensão e os gases no solo oceânico atravéz da
utilização de tecnologia lander, técnicas hidroacústicas, amostragem de água de fundo e de águas
pobres, e modelagem numérica. Além disso, determinou-se as tarifas de formação de minerais
“authigenic”( que foram encontados no sitio donde se formaram) e foi analisada a sua composição
isotopica, para calcular a idade e reconstruir a história de áreas como fontes frias.
Ciclo do metano por organsimos especializados nas fontes frias. Os fluidos ascendentes são o motor das interacções
biogeoquímicas no sedimento. Eles transportam o metano acima do sedimento - neste esquema ilustrado como hidrato de gás.
Um consórcio de bactérias converte o metano tornando sulfato a sulfito de hidrogênio e carbonato (reação 1). O sulfito de
hidrogénio ascende em direção à superfície de sedimento e é convertido por outro desregrado ou bactérias endossimbióticas
(dentro de bivalves) usando oxigénio ou nitrato ao sulfato (reação 2). O carbonato reage com os catiões das águas dos poros e
constrói minerais de carbonato (reação 3)
Vulcões de lama
O vulcão de lama tem uma estrutura cónica de lama argilosa depositada junto a um orifício de escape
de metano, gases não combustíveis, vapor de água e de lama com água salgada, geralmente em região
sísmica. Eventualmente os vulcões de lama podem emitir nitrogênio e hélio. As rochas e magma em
profundidade sofrem alterações hidrotermais por soluções geralmente muito ácidas em estado
supercrítico destas regiões vulcânicas, produzindo-se minerais argilosos incorporados à água
fortemente aquecida como uma lama que é forçada a sair por condutos, devido as fortes pressões de
gases, principalmente o metano. Dependendo da pressão, a lama pode simplesmente escoar ou ser
ejetada junto com água fervente ou mesmo fria, depositando-se em torno da abertura. As águas desses
vulcões são ricas rem sais de cloro, bromo e iodo, podendo também trazer hidrocarbonetos na forma
de betumes, asfalto.
O termo vulcão de lama ou domo de lama é usado para se referir às estruturas vulcânicas criadas pela
ejeção de gases, líquidos e lama, geralmente em áreas mais frias; portanto não são magmáticos. Os
vulcões de lama possuem tamanhos que vão de alguns centímetros de altura até 700 metros e
diâmetros de até 10 km. O maior vulcão de lama do mundo está localizado no Paquistão, o Hingol.
O metano corresponde a cerca de 86% dos gases emitidos, e em menor quantidade o gás carbônico,
nitrogênio e hélio. Outros fluidos são água salgada, por vezes bromo-iódica, lama e hidrocarbonetos
(petróleo). Um vulcão de lama pode ser resultado de uma estrutura perfurante criada por um diápiro de
lama pressurizado que atinge a superfície da terra ou o fundo dos oceanos. As temperaturas podem ser
tão baixas a ponto de congelar os materiais ejetados, particularmente quando as emanações estão
relacionadas com depósitos de hidratos de gás que é composto por associação de metano e água
congelados.
São frequentemente associados com depósitos de petróleo em zonas tectônicas de subducção de placas
litosféricas e cadeias de montanhas onde falhas profundas estão conectadas com o manto.
Hidrocarbonetos gasosos e eventualmente líquidos (petróleo) são frequentemente emitidos. Os vulcões
de lama também estão de certo modo associados com vulcões de lava, porém raramente juntos, pois
nos vulcões de lava há na maior parte emissão de gases não combustíveis como o dióxiodo de
carbono, que pode ser oriundo da oxidação de metano.
No Azerbadjão, erupções são conduzidas a partir de reservatórios de lama profundos os quais são
conectados com a superfície durante os períodos de dormência. Exudações têm temperaturas de até 2–
3 °C acima da temperatura ambiente. Aproximadamente, 1.100 tem sido identificado sobre a terra ou
águas rasas. Estima-se que mais que 10.000 possam existir sobre a plataforma continental, talude e
planícies abissais.
Vulcões de lama estão frequentemente associados com áreas de incidência de terremotos. Muitos
cientistas recomendam que sejam monitoradas as emissões de gases e atividades nos vulcões de lama,
pois podem servir como indicadores de iminência de fortes terremotos e assim poder alertar órgãos de
defesa civil para que vidas sejam salvas.
Conclusão
Nenhum organismo capaz de crescimento anaerobico a partir de metano como dador de carbono foi
ainda cultivado. Consequentemente, informação sobre estes micróbios aparece nos estudos
geoquímicos e observações microbiológicas que foram feitas antigamente. (Orphan V.J. 2002).
Referéncias
http://www.ifm-geomar.de/index.php?id=home&L=1
http://www.resa.net/nasa/ocean_methane.htm
Herring P., The Biology of the Deep Ocean. Oxford University Press, 2002.
Gage J. D., Tyler P. A., Deep-sea Biology: A Natural History of Organisms at the Deep
Sea. Kembridge University Press, 1991.