Sorgenti idrotermali profonde: come prospera la vita a 400 °C
Le sorgenti idrotermali profonde sono fessure del fondale oceanico da cui esce acqua riscaldata dal magma, a temperature che possono superare i 400 °C. Sembrano il luogo meno adatto alla vita, eppure ospitano comunità ricchissime di batteri, vermi giganti, granchi e molluschi che non dipendono dalla luce del Sole. Vediamo come si formano, cosa sono le fumarole nere e bianche e come fa la vita a prosperare laggiù.
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La scoperta
Il 17 febbraio 1977 i geologi Jack Corliss e Tjeerd van Andel, a bordo del sommergibile Alvin del Woods Hole Oceanographic Institution, osservarono per la prima volta una sorgente idrotermale sulla dorsale delle Galápagos, nel Pacifico. Nell’aprile 1979, sulla dorsale del Pacifico orientale, furono scoperte le prime «fumarole nere», con un fluido a circa 380 °C.
Come si forma una sorgente idrotermale
Le sorgenti si trovano dove la crosta terrestre è giovane e attiva: lungo le dorsali oceaniche, dove le placche si allontanano, e nei bacini vulcanici dietro gli archi insulari. Il meccanismo è questo:
- l’acqua di mare penetra nelle fratture della crosta;
- in profondità viene riscaldata dal magma e scioglie metalli e gas dalle rocce;
- l’acqua calda, più leggera, risale ed esce dal fondale;
- a contatto con l’acqua profonda, che è a circa 2 °C, i minerali precipitano e costruiscono un camino attorno allo sbocco.
I camini possono crescere fino a circa 30 cm al giorno e superare i 40–60 metri di altezza.
Perché l’acqua a 400 °C non bolle?
Per la pressione. A migliaia di metri di profondità il peso della colonna d’acqua impedisce l’ebollizione. Per l’acqua di mare il punto critico si trova a circa 407 °C e 298 bar, cioè intorno ai 3.000 metri: oltre queste condizioni il fluido diventa «supercritico», né liquido né gas. Il record di temperatura misurato è di 464 °C, in un’emissione breve sulla dorsale medio-atlantica.
Fumarole nere e fumarole bianche
| Fumarole nere (black smokers) | Fumarole bianche (white smokers) | |
|---|---|---|
| Temperatura | Le più calde, circa 350–400 °C | Più fredde |
| Colore | Nero, per le particelle di solfuri di ferro e altri metalli | Chiaro, per bario, calcio e silicio |
| Depositi | Solfuri metallici | Barite, anidrite, carbonati |
La vita senza Sole: la chemiosintesi
Negli abissi non arriva luce, quindi non ci sono piante né alghe che facciano fotosintesi. Alla base della catena alimentare ci sono invece batteri e archei chemiosintetici: ricavano energia ossidando l’idrogeno solforato (H2S) che esce dalle sorgenti e la usano per produrre materia organica a partire dall’anidride carbonica. Di loro si nutrono, direttamente o tramite simbiosi, tutti gli altri organismi.
Gli abitanti delle sorgenti idrotermali
- Il verme tubo gigante (Riftia pachyptila): non ha bocca né intestino. Un organo chiamato trofosoma ospita circa un miliardo di batteri simbionti, e la sua emoglobina trasporta insieme ossigeno e idrogeno solforato. Supera i 2 metri e cresce fino a 85 cm l’anno: può arrivare a 1,5 m in meno di due anni.
- Il verme di Pompei (Alvinella pompejana): lungo 10–13 cm, vive sulle pareti dei camini con la coda a circa 50 °C e la testa a circa 22 °C, protetto da uno strato di batteri spesso fino a 1 cm. È tra gli animali più resistenti al calore.
- Il granchio yeti (Kiwa hirsuta): scoperto nel 2005 a sud dell’Isola di Pasqua a circa 2.200 m, coltiva sulle setole «pelose» dei batteri di cui probabilmente si nutre.
- La lumaca dai piedi squamosi (Chrysomallon squamiferum): scoperta nel 2001 nell’Oceano Indiano, è l’unico animale noto con solfuri di ferro nello scheletro. Nel 2019 è stata la prima specie classificata «in pericolo» dall’IUCN per la minaccia delle miniere sottomarine.
- Cozze e vongole delle sorgenti (genere Bathymodiolus e altri), che ospitano batteri simbionti nelle branchie.
I record di temperatura per la vita
Gli animali non sopravvivono a lungo oltre i 50 °C circa, ma alcuni microrganismi sì. L’archeo Pyrolobus fumarii, isolato da una fumarola nera, cresce tra 90 e 113 °C. Il record appartiene a Methanopyrus kandleri ceppo 116, che in laboratorio è cresciuto a 122 °C (Takai et al., 2008).
Lost City e l’origine della vita
Nel dicembre 2000 sulla dorsale medio-atlantica è stato scoperto Lost City, un campo idrotermale diverso da tutti gli altri. Non è alimentato direttamente dal magma ma da reazioni chimiche tra l’acqua e le rocce del mantello (serpentinizzazione). L’acqua esce a 40–90 °C, è fortemente alcalina e costruisce camini bianchi di carbonato, il più alto dei quali, «Poseidon», misura circa 60 m. Secondo un’ipotesi molto discussa, sorgenti alcaline come queste potrebbero essere state la culla della vita sulla Terra.
Ci sono sorgenti idrotermali nel Mediterraneo?
Sì, anche se non ci sono le grandi fumarole nere degli oceani. Nel Tirreno meridionale il vulcano sottomarino Marsili mostra emissioni idrotermali diffuse a bassa temperatura, con piccoli camini di ossidi di ferro e tappeti batterici. Il vicino monte Palinuro, con la cima a 70–80 m di profondità, ha emissioni diffuse, piccoli camini e depositi di solfuri. Alle Eolie, intorno a Panarea, ci sono sorgenti poco profonde: il 3 novembre 2002 un’improvvisa emissione di gas fece ribollire il mare in superficie.
Le minacce: le miniere sottomarine
I depositi delle sorgenti idrotermali sono ricchi di rame, zinco, oro e argento, e per questo interessano l’industria mineraria. L’Autorità internazionale dei fondali marini (ISA) ha già assegnato diversi contratti di esplorazione per questi depositi, soprattutto nell’Oceano Indiano e sulla dorsale medio-atlantica. Gli scienziati temono la distruzione di comunità uniche, che dopo un’eruzione impiegano anni a ricostituirsi. Per saperne di più sugli adattamenti alla vita in profondità leggi come sopravvivono i pesci negli abissi e il gigantismo abissale.
Domande frequenti
Cosa sono le sorgenti idrotermali?
Sono aperture del fondale oceanico, lungo dorsali e zone vulcaniche, da cui esce acqua riscaldata dal magma e ricca di minerali, a temperature che possono superare i 400 °C.
Come fanno gli organismi a vivere vicino alle sorgenti idrotermali?
Grazie alla chemiosintesi: batteri e archei ricavano energia dall’idrogeno solforato e producono materia organica, di cui si nutrono, spesso in simbiosi, vermi, molluschi e crostacei.
Cos’è il verme di Pompei?
È Alvinella pompejana, un verme lungo circa 10–13 cm che vive sui camini delle fumarole nere del Pacifico, tra gli animali più resistenti al calore conosciuti.
Fonti
- WHOI – Hydrothermal vents
- Wikipedia – Hydrothermal vent
- Wikipedia – Riftia pachyptila
- Wikipedia – Alvinella pompejana
- Wikipedia – Kiwa hirsuta
- Wikipedia – Scaly-foot gastropod
- Wikipedia – Methanopyrus
- Wikipedia – Lost City Hydrothermal Field
- Wikipedia – Palinuro Seamount
- InterRidge – Marsili
- Smithsonian GVP – Panarea
- ISA – Contratti di esplorazione (2024)
