深海原位實驗室

探秘海底綠洲

什么是冷泉？

你或許聽說過“熱液”，這是一種奇妙的海底活動，廣泛分布在全球的各大海域。海水沿裂隙滲入洋殼后，受熾熱的巖漿影響，會與基部的玄武巖發(fā)生反應(yīng)，形成溫度高達幾百攝氏度的、富含硫化物和金屬礦物成分的熱液。熱液不斷上升，回到海底，與冷海水相遇后，攜帶的各種成分快速沉淀，堆積成類似煙囪的地貌。煙囪的顏色因成分差異而有黑白之分，因此也被稱作“黑煙囪”和“白煙囪”。

在熱液系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)的幾十年后，人們探測到了另一個海底系統(tǒng)——一些富含甲烷等烴類物質(zhì)的流體會從海底不斷滲出，其噴口主要分布在地質(zhì)活動活躍的大陸邊緣，與熱液不同，它與周圍海水的溫度相差不大，因此得名“冷泉”。

1979年，科研人員在美國加利福尼亞州邊界1800米深的海底首次發(fā)現(xiàn)冷泉滲漏。自此，冷泉成了深海探測領(lǐng)域的熱門課題，它不僅能幫助我們更好地理解深海環(huán)境，還對能源、氣候變化和生命科學(xué)等領(lǐng)域的研究有著重要意義。

冷泉生態(tài)系統(tǒng)

不斷發(fā)展的深潛器技術(shù)讓人們得以進入冷泉區(qū)域。這里的生物密度超乎想象，因此被譽為海底的“綠洲”。

在冷泉之中，最常見、也最被關(guān)注的是甲烷冷泉。海底埋藏著許多甲烷水合物——可燃冰，海水滲入洋殼，又在壓力等條件的作用下，攜帶著可燃冰揮發(fā)形成的甲烷不斷向上，穿過海底沉積物，涌出洋殼。

因此，這里形成了密度高、代謝活躍的微生物群落，它們不需要有機營養(yǎng)物，而是可以通過氧化甲烷來生長、繁衍。在這些微生物的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了許多相對大型的海洋生物——如管狀蠕蟲、貽貝、鎧甲蝦等，并最終形成了一套完整的冷泉生態(tài)系統(tǒng)。

冷泉生態(tài)系統(tǒng)是解密深海生命生存策略的“金鑰匙”。想要深入研究冷泉生態(tài)系統(tǒng)，揭示其穩(wěn)定存在的機制，我們需要一個強大的科技支撐平臺。

深海原位實驗室

——探索深海的前沿陣地

在深海做實驗

在傳統(tǒng)的海洋調(diào)查方法中，我們需要將樣品取回陸地實驗室檢測，而這種方法往往會因環(huán)境變化，導(dǎo)致數(shù)據(jù)被損壞或缺失。因此，科研人員在海底布設(shè)原位實驗室，將陸地上的各種測試和分析儀器整體搬到海底，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。

這個多功能的深海原位實驗室配備了一系列能夠在深海極端環(huán)境中穩(wěn)定工作的尖端儀器，不僅能進行全面的海洋觀測——如獲取高清影像資料、測量近海底理化參數(shù)、采集流體樣品并開展原位實驗，還能讓科研人員實時接收深海觀測數(shù)據(jù)。大大提高了研究的效率和數(shù)據(jù)的實時性。

在冷泉深處“睜開雙眼”

目前，中國已發(fā)現(xiàn)的冷泉均分布于南海區(qū)域。近期，科研人員使用自主研制的深海原位實驗室平臺，在南海冷泉系統(tǒng)進行了一項原位實驗。

通過這個平臺，科研人員對冷泉噴發(fā)的流體在淺表層沉積物中快速形成水合物的過程進行了觀察和分析，并研究了這一過程對周圍生物群落的控制機制，他們發(fā)現(xiàn)，即使噴發(fā)活動不連續(xù)時，冷泉也能維持生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)宏觀的生物穩(wěn)定。

生態(tài)系統(tǒng)中的“電容器”

科研人員發(fā)現(xiàn)，可以將冷泉區(qū)域中的甲烷水合物比作這個生態(tài)系統(tǒng)中的“電容器”。它的形成和分解類似于電容器的充電和放電過程，能夠說明冷泉區(qū)域中能量的儲存與釋放機制。

冷泉活動期間，大量甲烷會在低溫、高壓的條件下與水分子結(jié)合，形成甲烷水合物，這個過程就像充電，為電容器儲存能量。而當(dāng)冷泉活動暫時減弱或停止時，甲烷水合物不斷分解，釋放出儲存的能量，供給生態(tài)系統(tǒng)中的生物，類似于電容器的放電過程。

充電和放電的循環(huán)，就像對能量進行了“削峰填谷”（電力工程術(shù)語，指通過調(diào)度發(fā)電側(cè)或用電側(cè)，合理地將負(fù)荷高峰時段內(nèi)的部分負(fù)荷填補進負(fù)荷低谷，使發(fā)電、用電更加平衡），為參與甲烷代謝的微生物提供了穩(wěn)定的化學(xué)梯度，是維持冷泉區(qū)巨型動物群體數(shù)量穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。

通過深海原位實驗室，科研人員正在更好地理解冷泉生態(tài)系統(tǒng)，探索深海的生物多樣性和生態(tài)功能。它不僅幫助我們認(rèn)識地球，還能為可持續(xù)能源開發(fā)和碳循環(huán)管理提供重要幫助。

（責(zé)任編輯 / 牛一名 美術(shù)編輯 / 周游）