Una fessura sul fondo marino che permette di scaricare acqua a temperatura geotermica è nota come venturi idrotermali. Sono spesso scoperte in regioni soggette ad attività vulcanica, nonché in punti caldi, bacini oceanici e siti in cui le placche tettoniche sono in procinto di staccarsi l'una dall'altra. L'azione delle bocche idrotermali può portare alla formazione di rocce e depositi di minerali noti come depositi idrotermali.

La presenza di bocche idrotermali può essere attribuita all'attività geologica del pianeta e alla presenza di notevoli quantità d'acqua sia sulla superficie che all'interno della crosta. Nelle profondità dell'oceano, possono sviluppare caratteristiche che vengono definite "fumatori neri" o "fumatori bianchi".

Le regioni che circondano le bocche idrotermali sono biologicamente più produttive rispetto al resto delle profondità marine. Queste regioni ospitano spesso organismi complessi alimentati dalle sostanze chimiche disciolte nei fluidi delle bocche.

Alla base della catena alimentare si trovano batteri e archei che producono chemiosintesi, che forniscono il sostentamento a un'ampia varietà di creature, come vermi tubolari giganti, vongole, patelle e gamberi. Sulla luna di Giove Europa e sulla luna di Saturno Encelado, gli scienziati ritengono di aver trovato prove di bocche idrotermali attive.

Si teorizza che le bocche idrotermali abbiano avuto un ruolo cruciale sia nell'inizio del processo di abiogenesi sia nella sopravvivenza delle prime forme di vita.

Fumatori di popolazioni bianche e nere. La forma del camino

Alcune bocche idrotermali assumono la forma di strutture simili a camini, generalmente cilindrici. Esse nascono come risultato della dissoluzione di minerali nel fluido della bocca. Quando l'acqua surriscaldata entra in contatto con l'acqua molto vicina al congelamento, i minerali presenti nell'acqua iniziano a precipitare e a creare particelle che aumentano l'altezza dei camini.

Esistono strutture a camino che possono raggiungere i 60 metri di altezza. Un esempio di sfogo torreggiante è la struttura nota come "Godzilla", che si trova sul fondo profondo dell'Oceano Pacifico.

Esiste un tipo di sfiatatoio idrotermale che si trova sul fondale marino noto come black smoker o sfiatatoio di profondità. Queste bocche sono tipicamente situate nella zona batiale (con la massima frequenza a profondità comprese tra i 2.500 e i 3.000 metri), ma si possono trovare anche a profondità inferiori e persino nella zona abissale. Hanno l'aspetto di strutture simili a camini, completamente nere, che rilasciano una nube di una sostanza anch'essa nera. Le fumarole nere spesso rilasciano particelle con un'alta concentrazione di solfuri, minerali che contengono zolfo. I fumatori neri si formano in campi larghi centinaia di metri.

Durante il Progetto RISE, iniziato nel 1979, i ricercatori dello Scripps Institution of Oceanography hanno scoperto per la prima volta le fumarole nere sull'East Pacific Rise. Il veicolo di immersione profonda è stato usato per spiarli e riportare le immagini.

Le bocche di fumo bianche generano minerali di colore più chiaro, come quelli contenenti bario, calcio e silicio. Questi minerali più chiari sono emessi dai fumatori bianchi. Queste bocche hanno anche la tendenza ad avere pennacchi di temperatura più bassa, probabilmente perché sono spesso situate a una distanza maggiore dalla fonte di calore.

I fumaroli bianchi e neri possono coesistere nello stesso campo idrotermale, ma in genere rappresentano rispettivamente le bocche prossimali e distali rispetto alla zona di risalita principale. Le bocche prossimali sono quelle vicine alla zona di risalita principale, mentre le bocche distali sono quelle più lontane. I fumaroli bianchi, invece, sono più comunemente associati alle fasi calanti di tali campi idrotermali.

Ciò è dovuto al fatto che le fonti di calore magmatico si allontanano sempre di più dalla sorgente man mano che avviene la cristallizzazione del magma e i fluidi idrotermali finiscono per essere dominati dall'acqua di mare piuttosto che dall'acqua magmatica. I fluidi mineralizzanti provenienti da questo tipo di vent sono ricchi di calcio e i depositi che si lasciano dietro sono prevalentemente ricchi di solfati e carbonati. La barite e l'anidrite ne sono un esempio.

Un fatto interessante

Nelle profondità dell'oceano, le bocche idrotermali costituiscono la base di ecosistemi distinti e dei gruppi di organismi che vi abitano. Contribuiscono alla regolazione della chimica e della circolazione dell'oceano. Sono anche un laboratorio che i ricercatori possono utilizzare per studiare come l'oceano sia cambiato nel tempo e come la vita possa essersi originata sulla Terra.

Perché la loro importanza è necessaria?

Le bocche idrotermali funzionano come sistemi idraulici naturali che spostano calore e sostanze chimiche dall'interno della Terra alla superficie e contribuiscono alla regolazione della composizione chimica dell'oceano globale. Come risultato di questa attività, gli organismi depositano sul fondo marino enormi quantità di minerali potenzialmente preziosi.

Per esempio, le enormi miniere di rame di Cipro sono state create come risultato dell'attività idrotermale milioni di anni fa, prima che le rocce che oggi costituiscono Cipro fossero rimosse dal fondo marino e trasformate in terraferma.

Da anni alcune aziende hanno in programma di sfruttare alcuni dei depositi di minerali che si pensa esistano sul fondo del mare in prossimità delle bocche idrotermali. Si ritiene che questi depositi abbiano un valore commerciale significativo.

La complessità dell'estrazione in acque profonde in prossimità di ecosistemi sensibili, oltre alle dimensioni relativamente ridotte dei depositi sul fondo dell'oceano rispetto a quelli sulla terraferma, ha finora impedito che l'estrazione dai fondali marini diventasse un'industria economicamente redditizia.

Vita marina

Le bocchette ospitano anche ecosistemi complessi che pullulano di specie strane. Questi organismi hanno sviluppato adattamenti biochimici unici per sopravvivere alle temperature estreme e alle circostanze pericolose del loro ambiente.

La storia della vita sulla Terra, così come la possibilità di vita in altre parti del sistema solare e del cosmo, può essere meglio compresa attraverso lo studio delle specie che abitano questi ambienti. Un gran numero di vie metaboliche e di sostanze chimiche finora sconosciute, scoperte nelle specie di ventilazione, potrebbero un giorno avere applicazioni in ambito commerciale.

Il tubo di aspirazione di un campionatore isobarico a tenuta di gas (IGTS) è stato inserito nel flusso di fluidi che fuoriescono da uno sfiatatoio idrotermale dal braccio manipolatore del veicolo a controllo remoto Jason durante un viaggio OASIS al Mid-Cayman Rise nel gennaio 2012. A causa dell'intensa pressione nelle profondità oceaniche, le molecole di gas del fluido sono state costrette allo stato liquido.

In passato, portare in superficie campioni di questo tipo comportava la perdita della parte gassosa del campione. L'IGTS è stato progettato da scienziati e ingegneri del WHOI per mantenere i campioni di fluido di ventilazione ad alta pressione fino a quando non potevano essere trasportati in laboratorio per essere esaminati. Chris German, geologo del WHOI, ha guidato la spedizione e il gruppo si è recato alle bocche idrotermali che sono considerate le più profonde del mondo.

Le sorgenti che evocano questo risultato hanno un aspetto molto misterioso. Maggior parte, i camini idrotermali hanno l'aspetto di tornado.