Guaymas-Becken

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Guaymas-Becken (Mexiko)
Guaymas-Becken
Lage des Guaymas-Beckens im Golf von Kalifornien

Koordinaten: 27° 36′ 0″ N, 111° 40′ 12″ W Das Guaymas-Becken (spanisch Cuenca de Guaymas, englisch Guaymas Basin) ist ein Rift-Becken in der zentralen Region des Golfs von Kalifornien zwischen der Küste des mexikanischen Bundesstaats Sonora und der Halbinsel Niederkalifornien im Pazifischen Ozean. Es ist das größte Becken dieser Art in diesem Meeresarm und besteht aus zwei axialen Trögen, einem nördlichen und einem südlichen.[1]

Das Becken ist das Ergebnis der Aktivität einer der verschiedenen Spreizungszonen in diesem Golf.

Das Becken ist im Süden wie im Norden mit Transformstörungen (englisch faults) verbunden, und zwar im Süden mit der Carmen-Verwerfung (

Carmen Fault

) und im Norden mit der Guaymas-Verwerfung (

Guaymas Fault

).[1] Diese beiden bilden die nördliche Verlängerung des Ostpazifischen Rückens.

Der Meeresboden des Guaymas-Beckens weist einen starken Wärmefluss auf,[1] dabei gibt es dort

hydrothermale Quellen[2] und Kohlenwasserstoffaustritte (eine Variante der

Cold Seeps

).[3][2]

Forschungsgeschichte

1980 sammelte erstmals Peter Lonsdale vom Scripps Institution of Oceanography in San Diego (US-Bundesstaat Kalifornien) an Bord des Forschungsschiffs Melville mit Hilfe des Tiefsee-U-Boots Alvin Mineralien, die im Zusammenhang mit vulkanischen Aktivitäten auf den Meeresboden im Golf von Kalifornien stehen. Weitere Studien u. a. mit dem Forschungsschiff JOIDES Resolution wiesen das Guaymas-Becken als interessantes Gebiet für die Mineralienexploration aus. Die Untersuchungen zeigten nicht nur das Vorhandensein Kohlenwasserstoffen in Form von Gas, sondern teilweise auch von Öl, das aus dem Meeresboden sprudelt. Das Vorkommen von Rohöl wird auf die besondere Morphologie und Entstehungsgeschichte dieses Gebiets zurückgeführt. Offenbar werden aufgrund der geografischen Lage des Guaymas-Beckens werden Rohölvorkommen vor Ort auf natürliche Weise nach einem ähnlichen Verfahren wie in industriellen Raffinerien raffiniert.[4][5]

Geologie

Am nördlichen Ende des Golfs von Kalifornien befindet sich das Delta des Colorado River. Da das Guaymas-Becken in einer tektonischen Verwerfungszone liegt (südliche Fortsetzung der San-Andreas-Verwerfung), entstanden dort durch Verschiebungen der Erdkruste riesige Spalten und Risse im Gestein unter dem Becken. Über Millionen von Jahren hat der Colorado River eine enorme Menge an organisch angereicherten Sedimenten in den Golf geschwemmt, einschließlich des Guaymas-Beckens. Infolgedessen ist die tektonischen Verwerfungszone im Golf unter einer dicken Schlammschicht begraben. Meerwasser sickert tief unter die Kruste, wo es vom Magma erhitzt wird. Die Hitze drückt das Wasser dann wieder nach oben. Die hydrothermale Fluide, die aus den Spalten des jungen zentralen Vulkangebietes austreten, müssen jedoch Hunderte von Metern durch die Sedimentdecke aufsteigen, bevor sie mit dem am Grund des Beckens befindlichen Meereswasser in Berührung kommen. Während dieser vertikalen Reise interagieren diese überhitzten Fluide mit den durchquerten organischen Sedimenten, wodurch sich deren Chemie stark verändert und eine reichhaltige chemische Lösung entsteht. Wenn es aus dem Meeresboden austritt, trifft es auf das kalte Meerwasser und verliert schnell an Wärme, fällt zurück und heizt die Rohölvorkommen auf, ähnlich wie in einer industriellen Raffinerie. Das erhitzte Öl steigt zu den kältesten Stellen des Meeresbodens auf, wo es abkühlt und zu Teer, Ölen und Gasen kondensiert. Die schwereren Öle und Teere bilden zusammen mit den anderen Mineralien, die aus der Tiefe nach oben gebracht werden, die Sedimente des Meeresbodens; die leichteren Öle und Gase verteilen sich im Meer. Die Vorkommen im Guaymas-Becken werden bis heute nicht kommerziell genutzt. Sie sind jedoch ein Beleg dafür, dass die Natur selbst in der Lage ist, unter geeigneten Bedingungen Öl zu raffinieren.[4][6][2]

Biologie

Konzeptionsdiagramm der Struktur der Faunengemeinschaft und des Nahrungsnetzes entlang der Strömungsgradienten in den Ökosystemen der Seeps und Schlote des Guaymas-Beckens.

Insbesondere der südlichen Trog des Guaymas-Beckens beherbergt ein einzigartiges und sehr lebendiges Ökosystem. Heterotrophe Organismen ernähren sich von organischen Stoffen, die von den noch dem Sonnenlicht ausgesetzten und per Photosynthese produktiven Oberflächenzonen herabregnen (Meeresschnee), während chemolithoautotrophe Organismen die Chemikalien in der reduzierenden Hydrothermalflüssigkeit verstoffwechseln und die Produkte dieses Stoffwechsels oft mit syntrophen Partnern austauschen (Symbiose).

Röhrenwürmer und Bakterien

Bemerkenswert sind die Kolonien von Riftia-Röhrenwürmern, mikrobielle Matten von Thiotrichaceae-Bakterien (Thiotrichales, mit den Vertretern Beggiatoa/Maribeggiatoa sp. 'Orange Guaymas'[7][8] und Beggiatoa sp. 'Guaymas Basin', Isolat GUB8[9]) und anderen, sowie thermophile Mikroben, die den hohen Temperaturen an den Hydrothermalquellen widerstehen können.[10]

Unter anderem fanden sich beispielsweise Hinweise auf Vertreter des Bakterienphylums Atribacterota (alias

Candidate division OP9/JS1

):[11] Ca. Atribacteria bacterium 4572_76 (NCBI)[12] alias 34-128 sp002084865 (GTDB)[13] (

Guaymas Basin sediment MAG-4572_76

) aus der Gattung mit den provisorischen Bezeichnungen JS1-1/Genus 1[14] oder 34-128 (GTDB).

Eine vorgeschlagene Klade von mit den Thermodesulfobacteria[15] verwandten[16] mutmaßlichen Patescibacteria (bzw. „CPR-Gruppe“) aus diesen hydrothermal aktiven Meeressedimenten trägt den vorläufigem Namen „Guaymas1“ (siehe auch Saccharibacteria §Phylogenie).[17]

Archaeen und ihre Viren

Es gibt Hinweise auf Vertreter aus drei verschiedenen Supergruppen der Archaeen:

Metagenomanalysen der Asgard-Archaeen zeigten 2021/22, dass diese von Viren (Asgardviren, en.

Asgard viruses

) befallen werden. Konkrete Hinweise gab es für sechs Speziesaus vier Gruppen von dsDNA-Viren (mit den vorläufigen Bezeichnungen Fenrir-, Nidhogg-, Ratatoskr- und Sköll-Viren), die alle Loki- oder Helarchaeota befallen. Diese Viren vereinen Merkmale prokaryotischer Viren (z. B. aus der Klasse Caudoviricetes) mit denen eukaryotischer Viren, was die inzwischen weitgehend akzeptierte Ansicht stützt, dass die Eukaryoten aus dem Umfeld der Asgard-Archaeen unter Aufnahme eines endosymbiotischen Bakteriums (ein α-Proteobakterium, Ursprung der Mitochondrien) hervorgingen (vgl. Eozyten-Hypothese). Dabei könnten auch Viren, d. h. Asgard-Viren mitgewirkt haben (en.

viral eukaryogenesis

, siehe Eukaryoten §Entwicklungesgeschichte).[20][26]

Literatur

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c David L. Williams, Keir Becker, Lawrence A. Lawver, Richard P. Von Herzen: Heat flow at the spreading centers of the Guaymas Basin, Gulf of California. In: Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 84, Nr. B12, 10. November 1979, S. 6757–​6769. bibcode:1979JGR....84.6757W. doi:10.1029/JB084iB12p06757.
  2. ↑ a b c Ray Merewether, Mark S. Olsson, Peter Lonsdale: Acoustically detected hydrocarbon plumes rising from 2-km depths in Guaymas Basin, Gulf of California. In: Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 90, Nr. B4, 10. März 1985, ISSN 2156-2202, S. 3075​–3085. bibcode:1985JGR....90.3075M. doi:10.1029/JB090iB04p03075.
  3. ↑ B. R. T. Simoneit, P. F. Lonsdale, J. M. Edmond, W. C. Shanks: Deep-water hydrocarbon seeps in Guaymas Basin, Gulf of California. In: Applied Geochemistry. 5, Nr. 1–2, 1. Januar 1990, ISSN 0883-2927, S. 41–49. bibcode:1990ApGC....5...41S. doi:10.1016/0883-2927(90)90034-3.
  4. ↑ a b Robert D. Ballard: The History of Woods Hole's Deep Submergence Program. In: 50 Years of Ocean Discovery: National Science Foundation 1950—2000.
  5. ↑ Leonardo Domínguez: Mexican scientists to delve into Earth’s secrets, Cuenca de Guaymas. In: El Universal (eluniversal.com.mx) vom 24. September 2019
  6. ↑ Bernd R. T. Simoneit, Daniel R. Oros, Roald N. Leif, Patricia M. Medeiros: Weathering and biodegradation of hydrothermal petroleum in the north rift of Guaymas Basin, Gulf of California. In: Revista Mexicana de Ciencias Geológicas, Band 36, Nr. 2, S. 159–169, April 2019; doi:10.22201/cgeo.20072902e.2019.2.1054, Volltext, ResearchGate.
  7. ↑ NCBI: Beggiatoa sp. 'Orange Guaymas'
  8. ↑ Matthias Winkel, Verena Salman-Carvalho, Tanja Woyke, Michael Richter, Heide N. Schulz-Vogt, Beverly E. Flood, Jake V. Bailey, Marc Mußmann: Single-cell Sequencing of Thiomargarita Reveals Genomic Flexibility for Adaptation to Dynamic Redox Conditions. In: Front. Microbiol., Band 7, 21. Juni 2016; doi:10.3389/fmicb.2016.00964, ISSN 1664-302X. Siehe insbes. Fig. 1.
  9. ↑ NCBI: txid2587806[Organism:noexp]
  10. ↑ Andreas Teske, Dirk de Beer, Luke J. McKay, Margaret K. Tivey, Jennifer F. Biddle, Daniel Hoer, Karen G. Lloyd, Mark A. Lever, Hans Røy, Daniel B. Albert, Howard P. Mendlovitz: The Guaymas Basin Hiking Guide to Hydrothermal Mounds, Chimneys, and Microbial Mats: Complex Seafloor Expressions of Subsurface Hydrothermal Circulation. In: Frontiers in Microbiology. 7, 2016, ISSN 1664-302X, S. 75. doi:10.3389/fmicb.2016.00075. PMID 26925032. PMC 4757712 (freier Volltext).
  11. ↑ Masaru K. Nobu, Jeremy A. Dodsworth, Senthil K. Murugapiran, Christian Rinke, Esther A. Gies, Gordon Webster, Patrick Schwientek, Peter Kille, R. John Parkes, Henrik Sas​s, Bo B. Jørgensen, Andrew J. Weightman, Wen-Tso Liu, Steven J. Hallam, George Tsiamis, Tanja Woyke, Brian P. Hedlund: Phylogeny and physiology of candidate phylum ‘Atribacteria’ (OP9/JS1) inferred from cultivation-independent genomics. In: Nature: The ISME Journal, Band 10, Nr. 2, Februar 2016, S. 273–286; doi:10.1038/ismej.2015.97, ResearchGate, PMID 26090992, PMC 4737943 (freier Volltext), Epub 19. Juni 2015.
  12. ↑ NCBI: Candidatus Atribacteria bacterium 4572_76 (species).
  13. ↑ GTDB: GCA_002084865.1, im Stammbaum: 34-128 sp002084865 (species).
  14. ↑ Yi-Fan Liu, Zhen-Zhen Qi, Li-Bin Shou, Jin-Feng Liu, Shi-Zhong Yang, Ji-Dong Gu, Bo-Zhong Mu: Anaerobic hydrocarbon degradation in candidate phylum ‘Atribacteria’ (JS1) inferred from genomics. In: Nature: The ISME Journal, Band 13, 6. Juni 2019, S. 2377​–2390; doi:10.1038/s41396-019-0448-2. Siehe insbes. Fig. 1.
  15. ↑ NCBI: Thermodesulfobacteria, Thermodesulfobacteria Garrity and Holt 2002 (phylum, syn. Thermodesulfobacteraeota Oren et al. 2015, Thermodesulfobacteriota); graphisch: Damien M. de Vienne: Thermodesulfobacteria, Lifemap, NCBI Version, Universität Lyon. Lifemap ist ein interaktives Tool zur Erkundung der NCBI-Taxonomie.
  16. ↑ Fredrik Bäckhed, Ruth Ley, Justin L Sonnenburg, Daniel A. Peterson: Host‐Bacterial Mutualism in the Human Intestine. In: Science 307(5717): 1915–1920. April 2005. doi:10.1126/science.1104816. PMID 15790844. Siehe insbes. Fig. 1, die Bakteriengattung B. ist Bacteroides.
  17. ↑ Andreas Teske, K. U. Hinrichs, V. Edgcomb, Ad. V. Gomez, S. V. Sylva et al.: Microbial diversity of hydrothermal sediments in the Guaymas Basin: evidence for anaerobic methanotropic communities. In: Appl.Environ. Microbiol., Band 68, 2002, S. 1994–2007
  18. ↑ NCBI: "Candidatus Helarchaeota" Seitz et al. 2019 (phylum); graphisch: Damien M. de Vienne: Candidatus Helarchaeota, Lifemap, NCBI Version, Universität Lyon. Lifemap ist ein interaktives Tool zur Erkundung der NCBI-Taxonomie.
  19. ↑ Kiley W. Seitz, Nina Dombrowski, Laura Eme, Anja Spang, Jonathan Lombard, Jessica R. Sieber, Andreas P. Teske, Thijs J. G. Ettema, Brett J. Baker: Asgard archaea capable of anaerobic hydrocarbon cycling, in: Nature Communications, 23. April 2019, doi:10.1038/s41467-019-09364-x.
  20. ↑ a b Ian M. Rambo, Marguerite V. Langwig, Pedro Leão, Valerie De Anda. Brett J. Baker: Genomes of six viruses that infect Asgard archaea from deep-sea sediments. In: Nature Microbiology. S. 953–961, Juli 2022; doi:10.1038/s41564-022-01150-8, Volltext (eBook), Epub 27. Juni 2022. Dazu:
  21. ↑ a b Edmond Jolivet, Stéphane L'Haridon, Erwan Corre, Patrick Forterre, Daniel Prieur: Thermococcus gammatolerans sp. nov., a hyperthermophilic archaeon from a deep-sea hydrothermal vent that resists ionizing radiation. In: Int. J. Syst. Evol. Microbiol., Band 53, Nr. Pt 3, Mai 2003, S. 847–851, doi:10.1099/ijs.0.02503-0, PMID 12807211.
  22. ↑ Francesco Canganella, William J. Jones, Agata Gambacorta, Garabed Antranikian: Thermococcus guaymasensis sp. nov. and Thermococcus aggregans sp. nov., two novel thermophilic archaea isolated from the Guaymas Basin hydrothermal vent site. In: International Journal of Systematic And Evolutionary Microbiology, Band 48, Nr. 4, S. 1181​-1185, 1. Oktober 1998, doi:10.1099/00207713-48-4-1181, PMID 9828419.
  23. ↑ NCBI Nanoarchaeota archaeon Gua-46 (species), Genomsequenzen (en.
    genome shotgun sequences
    ): [Organism:noexp] txid2478562%5BOrganism:noexp%5D, MAG: Nanoarchaeota archaeon Gua-46.
  24. ↑ NCBI Search for: Candidatus Aenigmarchae* archaeon ex4484_* (wild card), jeweils Deatailinfo, Entrez records (Box), Nucleotide
  25. ↑ NCBI Search for: Candidatus Aenigmarcha* archaeon ex4484_* (wild card), jeweils Deatailinfo, Entrez records (Box), Nucleotide
  26. ↑ Tomas Alarcón-Schumacher, Susanne Erdmann: A trove of Asgard archaeal viruses. In: Nature Microbiology. Band 7, 27. Juni 2022, S. 931–932, doi:10.1038/s41564-022-01148-2. Dazu:
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