深海原位實(shí)驗(yàn)室

探秘海底綠洲

什么是冷泉？

你或許聽(tīng)說(shuō)過(guò)“熱液”，這是一種奇妙的海底活動(dòng)，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(huì)與基部的玄武巖發(fā)生反應(yīng)，形成溫度高達(dá)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(cè)到了另一個(gè)海底系統(tǒng)——一些富含甲烷等烴類物質(zhì)的流體會(huì)從海底不斷滲出，其噴口主要分布在地質(zhì)活動(dòng)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(guó)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(cè)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(duì)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(jìn)入冷泉區(qū)域。這里的生物密度超乎想象，因此被譽(yù)為海底的“綠洲”。

在冷泉之中，最常見(jiàn)、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(guò)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(jī)營(yíng)養(yǎng)物，而是可以通過(guò)氧化甲烷來(lái)生長(zhǎng)、繁衍。在這些微生物的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了許多相對(duì)大型的海洋生物——如管狀蠕蟲(chóng)、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(jī)制，我們需要一個(gè)強(qiáng)大的科技支撐平臺(tái)。

深海原位實(shí)驗(yàn)室

——探索深海的前沿陣地

在深海做實(shí)驗(yàn)

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(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，而這種方法往往會(huì)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(shí)驗(yàn)室，將陸地上的各種測(cè)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(gè)多功能的深海原位實(shí)驗(yàn)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(jìn)行全面的海洋觀測(cè)——如獲取高清影像資料、測(cè)量近海底理化參數(shù)、采集流體樣品并開(kāi)展原位實(shí)驗(yàn)，還能讓科研人員實(shí)時(shí)接收深海觀測(cè)數(shù)據(jù)。大大提高了研究的效率和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。

在冷泉深處“睜開(kāi)雙眼”

目前，中國(guó)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(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，在南海冷泉系統(tǒng)進(jìn)行了一項(xiàng)原位實(shí)驗(yàn)。

通過(guò)這個(gè)平臺(tái)，科研人員對(duì)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(guò)程進(jìn)行了觀察和分析，并研究了這一過(guò)程對(duì)周圍生物群落的控制機(jī)制，他們發(fā)現(xiàn)，即使噴發(fā)活動(dòng)不連續(xù)時(shí)，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(gè)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(guò)程，能夠說(shuō)明冷泉區(qū)域中能量的儲(chǔ)存與釋放機(jī)制。

冷泉活動(dòng)期間，大量甲烷會(huì)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(gè)過(guò)程就像充電，為電容器儲(chǔ)存能量。而當(dāng)冷泉活動(dòng)暫時(shí)減弱或停止時(shí)，甲烷水合物不斷分解，釋放出儲(chǔ)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(guò)程。

充電和放電的循環(huán)，就像對(duì)能量進(jìn)行了“削峰填谷”（電力工程術(shù)語(yǔ)，指通過(guò)調(diào)度發(fā)電側(cè)或用電側(cè)，合理地將負(fù)荷高峰時(shí)段內(nèi)的部分負(fù)荷填補(bǔ)進(jìn)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(dòng)物群體數(shù)量穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。

通過(guò)深海原位實(shí)驗(yàn)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(shí)地球，還能為可持續(xù)能源開(kāi)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）