并不“冷”的海底冷泉系統

楊克紅

海底有很多奇特的自然現象，冷泉系統就是其中之一。人類于1984年在墨西哥灣俄勒岡州岸邊俯沖區首次發現了海底冷泉系統，隨后在其他大陸斜坡和大陸邊緣均有發現。迄今為止，除了南北兩極極區外，各大洋均有冷泉系統被發現，但是大多數分布在環太平洋的活動俯沖帶。我國南海多處和東海沖繩海槽均有冷泉系統被發現，其中最著名的是位于臺灣西南的九龍甲烷礁冷泉區域和海南島東南部（瓊東南盆地西部）的海馬冷泉系統。

冷泉不“冷”？

冷泉系統是指分布于大陸邊緣海底、來自沉積界面之下，以水、碳氫化合物（天然氣和石油）、硫化氫或二氧化碳為主要成分，受壓力梯度影響從沉積體中運移和排放，溫度與海水相近并具有一定流速的流體。所以，雖然被稱作“冷”泉系統，但是它的溫度并不是很低，大約2攝氏度～4攝氏度。

冷泉如何形成？

上覆沉積物、海底溫度和壓力的變化是導致海底冷泉系統形成的重要因素。因此，海平面的升降，海底溫度和壓力的變化，地震、火山噴發、滑坡等地質事件的發生，以及海底構造的變化等，都是決定冷泉形成的因素。

冷泉系統有一些特別明顯的標志，如冷泉生物系統、冷泉碳酸鹽巖以及向上噴涌的攜帶大量沉積顆粒的流體等。科學家們通過海底照相攝像、儀器探測等技術來尋找這些標志，從而發現冷泉系統。

海底結構物的垂直剖面圖

冷泉中的生物及礦物

在冷泉系統中，主要的生物是菌席、深海雙殼類（貽貝類和蛤類）和蠕蟲（管狀群蠕蟲和冰蠕蟲），這些生物的分布密度非常大。那么，它們是怎么生活的呢？原來有兩種細菌發揮了巨大作用，一種叫甲烷氧化菌，另一種叫硫酸鹽還原菌，在它們的參與下，冷泉系統中的碳氫化合物（主要是甲烷）與海水中的硫酸根離子發生缺氧氧化作用，為這些生物提供生命能量。

在冷泉系統中，冷泉碳酸鹽巖也很常見。由于在甲烷缺氧氧化過程中，微生物活動形成了大量的碳酸氫根，使環境的堿度增加，從而與海水及孔隙水中的鈣離子結合形成碳酸鹽礦物，再與沉積物膠結之后形成碳酸鹽巖。冷泉碳酸鹽巖和我們陸地上的巖石完全不一樣，它們可以呈現煙囪狀、圓錐狀、樹枝狀、板狀等多種形狀，但大多數還是呈煙囪狀，中間的煙囪是冷泉流體向外涌出的通道。這些冷泉碳酸鹽巖比我們陸地上的巖石硬度低，所以很容易被刀切開。

名詞解釋

膠結

在沉積物被壓在一起的過程中，受壓力的作用，巖石的一些礦物慢慢溶解在水里，于是含有礦物的水溶液就滲入沉積物顆粒間的空隙中。當含有礦物的水溶液中的礦物結晶時，沉積物顆粒被結晶的晶體粘在一起的過程就叫膠結。

冷泉系統具有重要的科學研究價值。首先，冷泉系統的流體可能來自下部地層中長期存在的油氣系統，也可能是海底天然氣水合物分解釋放的烴類。因此，它是尋找海底天然氣水合物的重要標志之一。其次，冷泉系統也是研究地球深部生物圈的窗口，為探索極端環境下的生命活動提供了天然實驗室。此外，冷泉系統中的甲烷和二氧化碳均是溫室氣體，是導致全球氣候變化的重要因素。冷泉系統的形成也與全球氣候變化密切相關，因此，冷泉系統可為人們研究全球氣候變化提供線索。