Gewelddadige continentale botsingen en vulkaanuitbarstingen worden normaal gesproken niet geassocieerd met comfortabele levensomstandigheden. Echter, een nieuwe studie, waarbij de Universiteit van Tennessee betrokken is, Knoxville, Universitair hoofddocent Microbiologie Karen Lloyd, onthult een groot microbieel ecosysteem dat diep in de aarde leeft en wordt gevoed door chemicaliën die tijdens deze tektonische rampen worden geproduceerd.

Wanneer oceanische en continentale platen botsen, een plaat wordt naar beneden geduwd, of ondergedompeld, in de mantel en de andere plaat wordt omhoog geduwd en bezaaid met vulkanen. Dit is het belangrijkste proces waarbij chemische elementen tussen het aardoppervlak en het binnenste worden verplaatst en uiteindelijk terug naar het oppervlak worden gerecycled.

"Subductiezones zijn fascinerende omgevingen - ze produceren vulkanische bergen en dienen als portalen voor koolstof die tussen het binnenste en buitenste van de aarde beweegt, zei Maarten de Moor, universitair hoofddocent aan de Nationale Universiteit van Costa Rica en co-auteur van de studie.

Normaal gesproken wordt gedacht dat dit proces buiten het bereik van het leven plaatsvindt vanwege de extreem hoge drukken en temperaturen die ermee gepaard gaan. Hoewel er vrijwel zeker geen leven bestaat onder de extreme omstandigheden waarin de aardmantel zich vermengt met de korst om lava te vormen, in de afgelopen decennia hebben wetenschappers geleerd dat microben zich veel dieper in de aardkorst uitstrekken dan eerder werd gedacht.

Dit opent de mogelijkheid om voorheen onbekende soorten biologische interacties te ontdekken die optreden bij tektonische processen op diepe platen.

Een interdisciplinair en internationaal team van wetenschappers heeft aangetoond dat een enorm microbieel ecosysteem voornamelijk de koolstof, zwavel, en ijzerchemicaliën geproduceerd tijdens de subductie van de oceanische plaat onder Costa Rica. Het team heeft deze resultaten verkregen door monsters te nemen van de diepe ondergrondse microbiële gemeenschappen die naar de oppervlakte worden gebracht in natuurlijke warmwaterbronnen, in werk gefinancierd door het Deep Carbon Observatory en de Alfred P. Sloan Foundation.

Het team ontdekte dat dit microbiële ecosysteem een ​​grote hoeveelheid koolstof vastlegt die tijdens subductie wordt geproduceerd en die anders naar de atmosfeer zou ontsnappen. Het proces resulteert in een geschatte afname tot 22 procent van de hoeveelheid koolstof die naar de mantel wordt getransporteerd.

"Dit werk laat zien dat koolstof kan worden overgeheveld om een ​​groot ecosysteem te voeden dat grotendeels bestaat zonder input van de energie van de zon. Dit betekent dat biologie de koolstoffluxen in en uit de aardmantel kan beïnvloeden, die wetenschappers dwingt om te veranderen hoe ze denken over de diepe koolstofcyclus over geologische tijdschalen, " zei Peter Barry, assistent-wetenschapper bij de Woods Hole Oceanographic Institution en een co-auteur van de studie.

Het team ontdekte dat deze microben - chemolithoautotrofen genoemd - zoveel koolstof vastleggen vanwege hun unieke dieet, waardoor ze energie kunnen maken zonder zonlicht.

"Chemolithoautotrofen zijn microben die chemische energie gebruiken om hun lichaam op te bouwen. Ze zijn dus als bomen, maar in plaats van zonlicht gebruiken ze chemicaliën, " zei Lloyd, een co-corresponderende auteur van de studie. "Deze microben gebruiken chemicaliën uit de subductiezone om de basis te vormen van een ecosysteem dat groot is en gevuld met diverse primaire en secundaire producenten. Het is als een enorm bos, maar ondergronds."

Deze nieuwe studie suggereert dat de bekende kwalitatieve relatie tussen geologie en biologie significante kwantitatieve implicaties kan hebben voor ons begrip van hoe koolstof in de loop van de tijd is veranderd. "We kennen al veel manieren waarop biologie de bewoonbaarheid van onze planeet heeft beïnvloed, waardoor de zuurstof in de lucht stijgt, bijvoorbeeld, " zei Donato Giovannelli, een professor aan de Universiteit van Napels Federico II en co-corresponderende auteur van de studie. "Nu onthult ons doorlopende werk een andere opwindende manier waarop het leven en onze planeet samen zijn geëvolueerd."