Maanjäristysten laukaisemat sameusvirtaukset vaikuttavat syvänmeren hautavajoamien pohjan elämään
Suurimmasta merensyvyydestä koskaan kerätyistä sedimenttinäytteistä otetut tarkat tomografiakuvat paljastavat uutta tietoa hautavajoamien olosuhteista ja eläimistöstä. Sedimenttirakenteet osoittavat hadaalivyöhykkeen pohjaeläinyhteisöjen toiminnan olevan odotettua monimuotoisempaa ja maanjäristysten laukaisemien sameusvirtausten säätelemää.
Hadaalivyöhyke on maapallon valtamerien syvin ja vähiten tunnettu alue, joka kattaa syvänteet 6-11 kilometrin syvyydessä. Vyöhykkeen syvänteet liittyvät pääasiassa mannerlaattojen alityöntövyöhykkeissä syntyneisiin hautavajoamiin. Hautavajoamien ympäristöolosuhteita luonnehtivat täydellinen pimeys, pariasteinen vesi ja valtava paine, joka voi ylittää merenpinnan tason paineen yli tuhatkertaisesti. Äärimmäisten olosuhteiden ja vaikean saavutettavuuden vuoksi hautavajoamat ovat säilyneet yhtenä vähiten ymmärretyistä elinympäristöistä maapallolla.
Hautavajoamien pohjaeläinyhteisöjen toiminta on monipuolista
Syvänmeren pohjien eliöyhteisöjen on ajateltu olevan lajistoltaan ja toiminnaltaan yksipuolisia johtuen äärimmäisistä olosuhteista, kuten ravinnon ja energian niukkuudesta. Viimeaikaiset tutkimustulokset kuitenkin osoittavat, että tämä oletus ei päde valtamerien kaikkein syvimpiin kolkkiin.
Hautavajoamat muodostuvat mannerlaattojen alityöntövyöhykkeisiin, joissa merellinen laatta painuu hitaasti toisen laatan alle. Laattojen törmäyksestä aiheutuu voimakkaita maanjäristyksiä, jotka esimerkiksi Japanissa saavat toistuvasti aikaan valtavaa tuhoa. Maanjäristykset laukaisevat myös vedenalaisia maanvyöryjä, jotka edetessään muuttuvat sameusvirtauksiksi ja päätyvät lopulta hautavajoaman pohjalle.
Tutkimuksessa selvitettiin tomografiakuvien avulla sameusvirtausten ominaisuudet ja niiden vaikutukset hautavajoaman pohjaeläinyhteisöön Japanin itäpuolella sijaitsevassa Japanin hautavajoamassa. Aineisto osoittaa, että hautavajoaman pohjalla sameusvirtauksen pysähtyessä sedimenttihiukkaspilvi tiivistyy tukahduttaen paikallisesti pohjaeläimistön. Virtauksen päättymistä seuraa voimakas kolonisaatio, jossa opportunistiset pohjaeläinlajit palaavat hyödyntämään uutta ravintorikasta ja hapekasta pohjasedimenttiä. Näihin varhaisiin tulokkaisiin lukeutuvat muun muassa merimakkarat.
Ajan myötä eloperäisen aineksen hajoamisen seurauksena pohjasedimentti muuttuu hapettomaksi ja sen sisältämän mikrobiyhteistön metabolia muuttuu. Tätä kolonisaation viimeistä vaihetta edustavat mikrobistoa hyödyntävät selkärangattomat eliölajit. Matomaiset eläimet ovat kaivaneet kuvassa näkyvät onkalot korkkiruuvin muotoisiksi, koska kiemurteleva muoto kasvattaa onkalon seinämän pinta-alaa kasvupinnaksi mikrobeille, joita eläimet vuorostaan syövät ravinnokseen.
Sameusvirtausten vaikutusta pohjaeläimistön kolonisaation voi verrata metsäpalojen vaikutukseen metsien kasvillissuusukkessiokierrossa: metsäpalot muuttavat ekologisia tekijöitä kuten valon ja ravinteiden saatavuutta, ja käynnistävät kasvillisuussukkession alusta. Samaan tapaan hautavajoamissa toistuvat sameusvirtaukset säätelevät pohjan ravinto- ja happiolosuhteita ja eläimistön kolonisaatiosukkessioita säännönmukaisesti toistuvalla tavalla. Toistuvien sameusvirtausten ansiosta hautavajoamien pohjaeläinyhteisöjen lajisto ja toiminta ovat myös hautavajoamaa ympäröivää syvänmerenpohjaa monimuotoisempia.
Bioturbaatio säätelee hiilen kiertokulkua
Pohjaeläinten merenpohjan sedimenttiä muokkaavaa toimintaa kutsutaan bioturbaatioksi. Se on keskeinen meriekosysteemin prosessi, jonka seurauksena merenpohjalle päätyvä merieliöistä lähtöisin oleva eloperäinen aines joko hautautuu osaksi sedimenttien hiilivarastoa tai palaa takaisin ilmakehään kasvihuonekaasuina hiilidioksidina tai metaanina.
Hiljattain julkaistun tutkimuksen mukaan osa hautavajoaman pohjaan hautautuvasta hiilestä painuu alityöntyvän laatan mukana maapallon vaippaan, josta se vasta miljoonia vuosia myöhemmin palaa maapallon pinnalle timanteiksi puristuneena. Tässä tutkimuksessa saatu uusi tieto bioturbaatiosta on olennaista arvioitaessa, kuinka suuri osuus hautavajoamien pohjalle päätyvästä hiilestä palaa takaisin ilmakehään ja kuinka suuri osuus poistuu ilmakehästä pitkiksi ajoiksi.
Tutkimuksessa käytetyt pitkät sedimenttinäytteet kerättiin Japanin hautavajoamasta jopa 8 kilometrin syvyydestä vuonna 2021 kansainvälisen merten tutkimuskairausohjelman (International Ocean Drilling Program, IODP) tutkimusmatkalla. Osa sedimenttinäytteistä kuvattiin röntgentomografialaitteella Geologian tutkimuskeskuksen laboratoriossa Espoossa. Suomalaisjohtoinen kansainvälinen tutkimusryhmä tutki tomografiakuvista bioturbaatio- ja sedimentti-rakenteita. Tutkimus julkaistiin vastikään Nature Communications lehdessä.
Tutkimusartikkeli
Jussi Hovikoski, Joonas J. Virtasalo, Andreas Wetzel, Mishelle Muthre, Michael Strasser, Jean-Noel Proust & Ken Ikehara (2025)
Bioturbation in the hadal zone, Nature Communications
Artikkeliin liittyvässä ladattavassa videossa näkyvät haarautuvat rihmat kuuluvat Pilichnus-jälkisukuun ja ne ovat simpukoiden tekemiä. Thyasiridae-heimoon kuulunut simpukka on elänyt suunnilleen paksuimpien rihmojen haarautumiskohdassa, josta poispäin ohenevat rihmat ovat syntyneet sen ulottaessa jalkaansa tavoitellessaan ravintoa ympäröivästä sedimentistä.
Lisätiedot
Jussi Hovikoski, erikoistutkija
Geologian tutkimuskeskus GTK
jussi.hovikoski@gtk.fi
puh. 029 503 0169
Joonas Virtasalo, erikoistutkija
Geologian tutkimuskeskus GTK
joonas.virtasalo@gtk.fi
puh. 029 503 2261
