深海秘境——海底热泉和冷泉

近几十年来，随着各种海洋勘探工具的快速发展，人类对海洋的认识也迅速从二维进展到三维、四维，获取了不同深度、时间上不同类型的大量数据资料，逐步揭开了其神秘面纱，海洋也在不断地惊艳着我们。从变幻多彩的海平面、到美丽繁华的热带浅海生物，再到漆黑荒凉的深海海底，又到奇形怪状的深渊生物，我们的海洋观不断地被刷新。今天，就给大家介绍下深海里的两种神秘的特殊环境——热泉和冷泉。

海底热泉（又称海底热液）系统的发现是以1948年瑞典科学家利用“信天翁号”(Albatross)考察船在红海发现高温高盐溶液为标志。1963-1965年国际印度洋调查期间，在红海的轴部及中央盆地中识别出层化的高温高盐溶液，发现了热液多金属软泥,从而揭开了海底热液活动研究的序幕。在随后的调研中，在大洋中脊多处发现了黑烟囱、块状硫化物及喷口生物，海底热液活动也成了科学家了解地球深部构造及地球生命起源的一个重要窗口。

海底热液活动在离散板块边界和汇聚板块边界均可出现，但都集中在拉张性构造带上，主要分布于洋中脊、弧后扩张中心等。其形成的机理是：海水沿裂谷张性断裂或裂隙渗入洋壳内部，受炽热的熔岩影响后与基底玄武岩发生反应，形成酸性、还原且富硫化物与成矿金属的热液，温度高达350～400℃。反应程度随温度和压力的增加而增加，直到岩石变得难以渗透，含矿热液就上升回到海底。当它们从喷口涌出时与冷海水相遇，导致黄铁矿、黄铜矿、纤锌矿、闪锌矿等硫化物及钙、镁硫酸盐的快速沉淀，最后不断堆积成一种烟囱状的地貌。烟囱高低粗细各不相同，高的可以达到一百多米，矮的也有几米到几十米。因温度和组分差异，形成白烟囱或黑烟囱：当热液温度为100～350℃时，形成主要由硫酸盐矿物(硬石膏、重晶石)、二氧化硅和白铁矿组成的白烟囱。当温度≥350℃时，形成由暗色硫化物如磁黄铁矿、闪锌矿和黄铜矿等堆积而成的黑烟囱。

甲烷气柱喷溢现象

冷泉生物系统是指示海底冷泉非常直接的标志。甲烷氧化菌和硫酸盐还原菌参与到冷泉流体中的甲烷与硫酸根离子的缺氧甲烷氧化反应中，为化能自养生物提供了碳源和能量，成为冷泉生态系的初级生产者。在其基础上又发育着菌席和深海双壳类（贻贝类和蛤类）及蠕虫（管状群蠕虫和冰蠕虫）多毛类动物以及海星、海胆、海虾等一级消费者，其中管状蠕虫只出现在冷泉流速较低的环境。二级消费者有鱼、螃蟹、扁形虫、冷水珊瑚等。所以冷泉活动区域一般都是海底生命极度活跃的地方，和热液生态系统并称为“深海绿洲”。

繁茂的冷泉生物群落

白色的潜铠虾和深色的贻贝

全球海洋环境中可能发育有900多处海底冷泉活动区，每年释放大量CO2和CH4等烃类气体到大气中，而CH4的温室效应是相同质量CO2的20倍以上，因此是全球变化的重要影响因子。我国近海冷泉区主要有 7个，其中南海海域分布6个，东海冲绳海槽1个。2015年“海马”号ROV在珠江口盆地西部海域发现了海底巨型活动性“冷泉”，被命名为“海马冷泉”。该冷泉浅表层富含天然气水合物、自生碳酸盐岩大量出露、冷泉生物群广泛发育，是非常典型冷泉系统。

研究冷泉具有重要的科研意义。冷泉是探寻天然气水合物的重要标志之一；冷泉生态系统是研究地球深部生物圈的窗口；冷泉溢出的CH4和CO2是可能造成全球气候变化的重要因素；同时，研究全球圈层相互作用和全球变化也是科学前沿之一。