حقل المدينة المفقودة الحراري المائي

حقل المدينة المفقودة الحراري المائي ، والذي يُشار إليه غالبًا باسم المدينة المفقودة ، هو منطقة من الفتحات الحرارية المائية القلوية البحرية تقع على كتلة أطلانطس عند تقاطع سلسلة جبال منتصف المحيط الأطلسي وصدع أطلانطس التحويلي في المحيط الأطلسي . وهو موقعٌ عريقٌ لعملية التمعدن السربنتيني النشطة وغير النشطة في الصخور فوق المافية ، ^{[ 1 ]} حيث تُنتج هذه العملية، بشكلٍ غير حيوي، العديد من الجزيئات البسيطة مثل الميثان والهيدروجين ، وهي جزيئات أساسية للحياة الميكروبية. ولذلك، فقد حظي باهتمام علمي كبير باعتباره موقعًا رئيسيًا لدراسة أصل الحياة على الأرض والكواكب الأخرى المشابهة لها. ^{[ 2 ]}

تم تحديد موقع المدينة المفقودة لأول مرة في 4 ديسمبر 2000، باستخدام غواصة الغطس ألفين والغواصة الموجهة عن بعد أرجو 2 خلال الرحلة AT03-60 على متن سفينة الأبحاث أتلانتس . ^{[ 3 ] [ 4 ]} استمرت الرحلة 34 يومًا، تم خلالها التقاط صور وأخذ عينات من مدخنة الفتحات. ^{[ 5 ]}

دفع اكتشاف المدينة المفقودة المؤسسة الوطنية للعلوم إلى تمويل رحلة ثانية استغرقت 32 يومًا (AT07-34) إلى الموقع في عام 2003، وذلك لاستخدام الغواصة ألفين والمركبة ذاتية القيادة ABE مع التركيز بشكل أكبر على أخذ العينات العلمية وإنشاء خريطة طبوغرافية عالية الدقة لحقل الفوهات. ^{[ 6 ]} شاركت ABE في 17 رحلة غوص استكشافية، بما في ذلك زيارات متابعة، مما أدى إلى إنشاء ملف تعريف طبوغرافي لعمق 3.3 كيلومتر مربع (1.3 ميل مربع ) من الكتلة الجبلية. ^{[ 7 ]}  

جرت أول زيارة لبرنامج الحفر المحيطي المتكامل مع البعثة 304 في أواخر عام 2004، حيث تم حفر سلسلة من الآبار في كتلة أتلانتس لجمع عينات كبيرة من الصخور من الموقع. ^{[ 8 ] [ 9 ]} وحذت البعثة 305 حذوها في أوائل عام 2005، ثم البعثة 340T في عام 2012. ^{[ 10 ]}

في يوليو/تموز 2005، استكشفت سفينتا هيركوليس وأرغوس، التابعتان للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي، مدينة لوست سيتي لمدة تسعة أيام ، مع بث مباشر للفيديو إلى جامعة واشنطن في سياتل . ^{[ 6 ] [ 11 ]} كما استُكشفت لوست سيتي خلال الرحلة البحرية رقم 50 لسفينة أكاديميك مستيسلاف كيلديش ، والتي ركزت بشكل أكبر على استكشاف المنحدرات جنوب حقل الفوهات. ^{[ 12 ]} وفي مايو/أيار من ذلك العام، أبحرت سفينة الأبحاث كنور إلى كتلة أتلانتس لإجراء قياسات صوتية مائية للنشاط الزلزالي المحتمل. ^{[ 13 ] [ 14 ]} علاوة على ذلك، نُفذت رحلة إكسومار الفرنسية على متن السفينة لاتالانت في يوليو/تموز وأغسطس/آب 2005 لدراسة التنوع البيولوجي للكائنات المتطرفة في بيئات أعماق المحيط. ^{[ 15 ]}

شهد عام 2015 زيارة من البعثة 357 التابعة لبرنامج الاستكشاف المحيطي الدولي ، والتي ركزت على الحفر في كتلة أتلانتس لاستكشاف الدوران خارج المحور. ^{[ 16 ] [ 17 ]} وقد تُركت سلسلة من الآبار بعد أخذ عينات لبية من تسعة مواقع مختلفة، والتي جُمعت باستخدام زجاجات نيسكين . وتم تركيب سدادات في موقعين للسماح بأخذ عينات من سوائل الآبار في المستقبل.

في شهري يوليو وأغسطس من عام 2018، أُجريت رحلة TRANSECT الفرنسية على سطح بحيرة أتالانت باستخدام الغواصة الآلية VICTOR لجمع مجموعة متنوعة من القياسات والعينات. ^{[ 18 ]} وفي الشهر التالي، انطلقت الرحلة الأمريكية AT42-01، الملقبة بـ" العودة إلى المدينة المفقودة" ، لإعادة زيارة حقل الفوهات الحرارية بعد سنوات عديدة، بمشاركة العديد من أعضاء فريق الاكتشاف الأصلي عام 2000. ^{[ 19 ] [ 20 ]} جُمعت صور فوتوغرافية، وغازات محيطة، وخلايا للزراعة، وصخور، وسوائل الفوهات الحرارية، وعينات من مياه البحر المحيطة باستخدام الغواصة الآلية Jason II وجهاز قياس الموصلية والحرارة والعمق (CTD) Niskin rosette . ^{[ 21 ]} تمثلت الأهداف الرئيسية للمهمة في جمع عينات بيولوجية وجيوكيميائية للبحث عن مصادر الطاقة اللازمة للحياة الميكروبية. كما تابعت البعثة الاستكشافية التي أُجريت عام 2015 لحفر الآبار، وذلك بمحاولة أخذ عينات من الآبار المحفورة للوصول إلى السوائل المتبقية.

في مارس 2023، انطلقت أول رحلة استكشافية لسفينة الأبحاث فالكور تو (RV Falkor Too) لنشر جهاز استشعار جديد للميثان في الموقع، بهدف البحث عن نشاط حراري مائي مماثل لنشاط مدينة لوست سيتي على طول سلسلة جبال منتصف المحيط الأطلسي. وبُثّت غطسات المركبة الموجهة عن بُعد (ROV) مباشرةً على موقع معهد شميدت للمحيطات. ^{[ 22 ]} واختُتمت الرحلة في 11 أبريل، بعد تحديد فتحات جديدة للمدخنات السوداء. ^{[ 23 ]}

تقع المدينة المفقودة في شمال المحيط الأطلسي على جبل أطلانتس، وهو جبل يقع في قاع البحر ، ويبلغ حجمه تقريبًا حجم جبل رينييه . ^{[ 24 ]} يوصف الموقع بأنه حقل فوهات بركانية قديم، ويُقدّر عمره بأكثر من 120,000 عام استنادًا إلى التأريخ بالكربون المشع لأقدم رواسب المداخن في الحقل. ^{[ 1 ]} ومع ذلك، فإن هذا العمر أصغر بكثير من عمر جبل أطلانتس نفسه، الذي قد يصل عمره إلى مليوني عام. ^{[ 25 ]} تقع المدينة المفقودة على جرف قاري على عمق 70 مترًا تقريبًا (230 قدمًا) أسفل قمة الجبل، على عمق يتراوح بين 750 و900 متر (2460-2950 قدمًا) ، وتبلغ مساحتها التقريبية 500 متر مربع (5400 قدم مربع ) . ^{[ 26 ]} من المحتمل أن يكون الجبل نفسه قد نشأ بطريقة مشابهة للعديد من مجمعات لب المحيطات الأخرى .     

تُهيمن على منطقة المدينة المفقودة منحدرات شديدة الانحدار في الجنوب، ومداخن، وتلال من المواد الكربوناتية المترسبة من المداخن التي تنهار مع مرور الزمن. وتُهيمن أنواع الصخور البريشية والجابرو والبيريدوتيت كلما ابتعدنا عن المنطقة، وهي عرضة للانهيارات الأرضية مع ازدياد انحدار قاع البحر. ^{[ 7 ]} وتتجلى آثار الانهيارات الأرضية الماضية من خلال وجود منحدرات واسعة على سفح الكتلة الجبلية. ويميل الركام إلى التراكم في المناطق التي لا يزيد انحدارها عن 60 درجة والتي تُحيط بالمنطقة، وقد يتعرض للتصلب تبعًا لبُعده عن المدينة المفقودة.

من بين 30 مدخنة بركانية نشطة وغير نشطة، تُعدّ بوسيدون الأكبر والأكثر دراسةً في منطقة الفوهات البركانية. ^{[ 24 ] [ 7 ]} يبلغ ارتفاع بوسيدون حوالي 60 مترًا (200 قدم) وعرضها 100 متر (330 قدمًا) ، وتحتوي على العديد من الفتحات التي تُطلق سوائل ساخنة. أما الفتحة التي لُقّبت بـ "خلية النحل" لشكلها المميز عند اكتشافها، فيبلغ ارتفاعها حوالي متر واحد وتقع على الجانب الجنوبي من بوسيدون . علاوة على ذلك، يبلغ ارتفاع برج آيماكس حوالي 8 أمتار (26 قدمًا) على الجانب الشمالي من بوسيدون ، على الرغم من أن مدخنتها تحتوي على نتوءات تشبه الصواعد يصل ارتفاعها إلى 30 مترًا (98 قدمًا) . يحتوي برج آيماكس على حافة كبيرة تلتقط السوائل الساخنة المتسربة، وتوجد بداخلها طبقة حيوية واضحة.    

توجد مداخن أخرى، مثل رايان ونيتشر شرق بوسيدون ، ذات حواف وهياكل تشبه خلايا النحل، إلا أنها أصغر حجماً بكثير وأقل انبعاثاً للدخان من بوسيدون . وتقع عدة فتحات تهوية غير نشطة على بعد حوالي 100 متر (330 قدماً) جنوب بوسيدون ، على الرغم من أن ارتفاعها لا يتجاوز بضعة أمتار. ^{[ 7 ]} 

نظراً لوقوع الكتلة الجبلية فوق مركز تمدد بطيء إلى بطيء جداً ، يوجد عدد كبير من الصدوع التي تخترق حقل الفوهات البركانية. ^{[ 25 ]} العديد من هذه الصدوع، وخاصة في الجانب الجنوبي، هي صدوع عادية ذات زاوية ميل عالية، وقد تكون مخفية تحت الحطام. تميل معظم الفوهات البركانية المكتشفة إلى الامتداد من الشرق إلى الغرب، ويرجع ذلك على الأرجح إلى اتجاه خطوط الصدع تحت الحقل. ^{[ 7 ]}

يقع حقلان منقرضان على بُعد حوالي 300 متر (980 قدمًا) غربًا و 450 مترًا (1480 قدمًا) جنوب غرب حقل الفوهات المركزي، على أعماق تصل إلى 1000 متر (3300 قدم) أو أكثر. يحتويان على فوهات غير نشطة تُشبه في شكلها فوهة بوسيدون ، ويفصل بينهما وبين حقل الفوهات المركزي طبقة من الصخور المتراكمة (الحصى) ، على الرغم من أنهما لم يخضعا لنفس القدر من الاستكشاف. ويُفترض، استنادًا إلى أعمار العينات التي جُمعت، أن تدفق السوائل الساخنة قد هاجر من الجنوب إلى الشمال حيث يقع حقل بوسيدون حاليًا. ^{[ 7 ]}   

توثق بيانات نظائر السترونتيوم والكربون والأكسجين وأعمار الكربون المشع ما لا يقل عن 30000 عام من النشاط الحراري المائي الناتج عن تفاعلات التحلل المائي في المدينة المفقودة، مما يجعل المدينة المفقودة أقدم من جميع فتحات المدخنة السوداء المعروفة بما لا يقل عن رتبتين من حيث الحجم.

لا ترتبط الفتحات الحرارية المائية القلوية، كتلك الموجودة في مدينة لوست سيتي، بالفتحات البركانية السوداء إلا ظاهريًا؛ ولعلّ وصف هذين النوعين من الفتحات يكون أدقّ من خلال اختلافاتهما لا تشابهاتهما. مع أن كلا النوعين يُوجد غالبًا بالقرب من مراكز التوسع المحيطي، إلا أن الفتحات الحرارية المائية القلوية لا تتشكل بفعل العمليات البركانية. فهي تُطلق غاز الميثان والهيدروجين ثنائي الذرة في المياه المحيطة بها، ولا تُنتج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون أو كبريتيد الهيدروجين أو المعادن، وهي النواتج الرئيسية للفتحات البركانية السوداء. كما أن درجة حرارة ودرجة حموضة المياه المحيطة بنوعي الفتحات تختلف اختلافًا كبيرًا.

علم المعادن

تُوصَف كتلة أطلانطس بأنها مُركَّبٌ لُبّيٌّ فوق قاعديٌّ محيطيٌّ مُعقَّدٌ في سلسلة جبال منتصف المحيط الأطلسي، حيثُ تتعرّض صخورُ الوشاح العلويّ لمياهِ البحرِ بفعلِ التصدّعِ الناتجِ عن التمدّدِ التكتونيِّ المُصاحبِ لمراكزِ التوسّعِ المحيطيّ. ^{[ 27 ]} ويُقَدَّرُ نصفُ مُعدَّلِ التوسّعِ بحوالي 12  ملم/سنة، ممّا يُصنَّفُها كسلسلةِ توسّعٍ بطيءِ. ^{[ 28 ]} وقد رُصِدَت أحداثٌ زلزاليّةٌ بلغت قوّتها 4 و4.5 درجة على مقياسِ ريختر في هذه الكتلة. ^{[ 14 ]}

المعادن السائدة في مدينة لوست سيتي هي معادن فوق قاعدية، تتكون أساسًا من الأوليفين والبيروكسين مع محتوى ضئيل جدًا من السيليكا . تخضع معادن البيريدوتيت (وخاصة الهارزبورجيت الإسبينلي ) لعملية التمعدن السربنتيني لتكوين معادن الماغنيتيت والسربنتين . ^{[ 7 ]} نظرًا لقلة انبعاث ثاني أكسيد الكربون والمعادن، أو انعدامها، في السوائل المتصاعدة، فإن مدينة لوست سيتي تبدو وكأنها مدينة خالية من الدخان ، مع وجود عدد قليل من الجسيمات التي تُعطيها مظهرًا دخانيًا.

بمجرد أن تتغلغل المياه الجوفية إلى السطح، تتشكل مداخن من الأراغونيت والبروسيت والكالسيت نتيجة ترسب كربونات الكالسيوم من المحلول. تتكون المداخن الأحدث في الغالب من البروسيت والأراغونيت، وتكون بيضاء اللون وذات مظهر متقشر. مع نضوج الفتحات، تقل المسامية نتيجة انسداد مسارات السوائل بالرواسب. تتغير التركيبات المعدنية، حيث يُزال الأراغونيت، ثم الكالسيت والبروسيت، من خلال الذوبان، وتتحول المداخن إلى اللون الرمادي أو البني الداكن. ^{[ 29 ]}

على جانب صدع أتلانتس التحويلي، ينتهي جدار كتلة أتلانتس على بعد حوالي 740 مترًا (2430 قدمًا) تحت مستوى سطح البحر، حيث تتشوه أنواع الصخور إلى صخور ميلونيتية مختلفة مع معادن نسيج التشوه من التلك والترموليت والسربنتين الشريطي. ^{[ 7 ]} 

تدعم مدينة لوست سيتي وغيرها من أنظمة الفتحات الحرارية المائية أشكالاً حياتية شديدة التباين بفضل تركيبتها الكيميائية الفريدة. تعيش مجموعة متنوعة من الكائنات الدقيقة داخل الفتحات وعلى سطحها وحولها. تشكل العتائق الشبيهة بـ Methanosarcinales أغشية حيوية سميكة داخل الفتحات حيث تتغذى على الهيدروجين والميثان؛ كما تعيش بكتيريا من جنس Bacillota داخل الفتحات. خارج الفتحات، تقوم العتائق ، بما في ذلك ANME-1 الموصوفة حديثًا، والبكتيريا، بما في ذلك Pseudomonadota ، بأكسدة الميثان والكبريت كمصادر أساسية للطاقة.

تدعم مدينة لوست سيتي أيضًا مجموعة متنوعة من اللافقاريات الصغيرة المرتبطة بالهياكل الكربوناتية، بما في ذلك المرجان الصغير ، والقواقع ، وذوات الصدفتين ، والديدان الحلقية ، والبرغوثيات ، والأوستراكودا . وقد لوحظ وجود مرجان ديسموفيلوم والديدان الأسطوانية على مداخن الكربونات. ^{[ 31 ]} مع ذلك، فإن حيوانات أخرى مثل الديدان الأنبوبية والمحار العملاق، التي تكثر في فتحات المدخنات السوداء النموذجية، غائبة عن مدينة لوست سيتي. كما لوحظ وجود مجموعة متنوعة من السرطانات ، والروبيان ، والمراوح البحرية ، وقناديل البحر في الموقع.

تُعدّ الكائنات الحية الكبيرة نادرةً حول حقل الفتحات الحرارية، مع أن بعض الكائنات الأكبر حجماً تزور الحقل من حين لآخر. ومن بين هذه الكائنات أسماك الحطام ، وأسماك الجرينادير ، وحتى أسماك القرش . وقد رُصدت ثعابين البحر ذات الأسنان السهمية في حقل المدينة المفقودة، الذي يمتد على أعماق هائلة تتراوح بين 120 متراً تحت سطح البحر (390 قدماً تحت سطح البحر) و 4800 متر تحت سطح البحر (15700 قدماً تحت سطح البحر) . ^{[ 31 ]}  

توفر المدينة المفقودة للجيولوجيين والكيميائيين وعلماء الأحياء نظامًا بيئيًا عمليًا لدراسة الحياة في البيئات القاسية والعمليات الأخرى التي تحركها عملية الإنتاج غير الحيوي للميثان والهيدروجين عن طريق عملية التحلل السربنتيني .

أصل الحياة

طُرحت تكهنات بأن نسخًا قديمة من فتحات حرارية مائية قلوية مماثلة في بحار الأرض الفتية كانت مهد الحياة، وشكّلت بداية نشأة الحياة على الكوكب . وقد يكون غاز الهيدروجين الحر الناتج، والمحفزات المعدنية المتوافقة مع نظرية عالم الحديد والكبريت ، والبنية الفيزيائية الدقيقة للأبراج، والطاقة الحرارية المائية المتاحة، قد وفرت بيئة مناسبة لبدايات دورات الطاقة غير الضوئية الشائعة لدى الكائنات الحية الدقيقة البدائية وتكوين الجزيئات العضوية. ^{[ 34 ] [ 35 ]} وتُظهر البنى المجهرية في هذه الفتحات القلوية "أقسامًا مترابطة توفر بيئة مثالية لنشأة الحياة". ^{[ 36 ]}

تُنتج هذه الفتحات الحرارية المائية القلوية باستمرار مركبات أسيتيل ثيوإسترات ، مما يوفر نقطة انطلاق لجزيئات عضوية أكثر تعقيدًا والطاقة اللازمة لإنتاجها. مع ذلك، رفض باحثون يابانيون من معهد علوم الأرض والحياة (ELSI) التابع لمعهد طوكيو للتكنولوجيا هذه الفكرة . فقد أظهروا أنه نظرًا لارتفاع تغير الطاقة الحرة لتحلل الثيوإستر وانخفاض ثوابت التوازن المقابلة، فمن غير المرجح أن تكون هذه المركبات قد تراكمت بشكل غير حيوي بكميات كبيرة في حقول المدينة المفقودة. ^{[ 37 ]}

تُثير الظروف في المدينة المفقودة قلقًا بالغًا نظرًا لتنوع أنواع الكائنات المُحبة للظروف القاسية الموجودة فيها. تُصنف ميكروبات المدينة المفقودة ضمن الكائنات المُحبة للظروف القاسية المتعددة، إذ تنطبق عليها صفات الكائنات المُحبة للقلويات، والكائنات المُحبة للضغط المعتدل، والكائنات المُحبة للحرارة في بيئة خالية من ضوء الشمس. ويُشير هذا التنوع في العناصر المُحبة للظروف القاسية إلى أن كائنات المدينة المفقودة أكثر تطرفًا من غيرها في مواقع أخرى، مما يجعلها موضوعًا مثيرًا للاهتمام لدراسة متطلبات الحياة. ^{[ 38 ]}

بالنظر إلى أن المتطلبات الوحيدة لعملية التحول إلى سربنتين هي الأوليفين ومياه البحر، فمن الممكن نظرياً أن توجد مواقع مثل المدينة المفقودة على أجرام سماوية خارج الأرض تحتوي على مياه سائلة مثل أوروبا وإنسيلادوس .

تظهر مدينة لوست سيتي في فيلم ديزني ثلاثي الأبعاد بتقنية آيماكس بعنوان "فضائيون من الأعماق" . ^{[ 39 ]} لم يكن لتقنية آيماكس اسم قبل إصدار الفيلم الوثائقي، لكنها أصبحت معروفة للغاية في الفيلم، ومن ثم اكتسبت لقب تنسيق الفيديو الذي يتم عرضه في دور السينما .

كما تظهر المدينة المفقودة في الحلقة الثانية من الفيلم الوثائقي الذي أنتجته هيئة الإذاعة البريطانية بعنوان " الكوكب الأزرق 2" . ^{[ 40 ]}

تُعتبر الأبراج الكربوناتية لحقل المدينة المفقودة الحراري المائي مدرجة على قائمة اليونسكو للمواقع التي ترغب في حمايتها. ^{[ 41 ]}

• موقع البعثة الأصلية لجامعة واشنطن
• جامعة واشنطن، رحلة استكشافية إلى المدينة المفقودة
• الصفحة الرسمية لمهمة عام 2018
• برنامج فتحات التهوية PMEL
• قاعدة بيانات فتحات التهوية بين التلال
• مهمة فالكور 2023