天天看點

很有“味道”的深海熱泉,它卻是地球上另外一個生命室外桃園

深海是一個生命稀缺的世界。如果以重量表示每平方米海底的生物量,那麼平均而言,淺海有數百克,深海隻有幾十克。然而,深海中也有生物量異常高的地方。

很有“味道”的深海熱泉,它卻是地球上另外一個生命室外桃園

在20世紀70年代,科學家調查了墨西哥附近2,600米的深度,發現了海底的溫泉,以及生活在熱水周圍的大量生物。大海靠近著名的加拉帕戈斯群島。溫泉周圍的生物密度為每平方米數十公斤,可與淺珊瑚礁水域相媲美。從那時起,在世界的海洋中發現了更多的深海溫泉生物群,就像一顆散落在夜空中的恒星。

很有“味道”的深海熱泉,它卻是地球上另外一個生命室外桃園

<h2級"富編輯器-頭-二">硫化氫,能源稀缺</h2>

深海海底沒有光,當然也沒有用于光合作用的植物。是以,深海動物通常通過吃從淺海掉落的碎片來生存。由于營養物質的稀缺,深海海底是一個極其罕見和貧瘠的生物場所,但在熱液噴口周圍,無一例外地發現了豐富多樣的生物群系。事實證明,熱液流體中的硫化氫為生物提供了取之不盡用之不竭的能量。

很有“味道”的深海熱泉,它卻是地球上另外一個生命室外桃園

如果你去過很多溫泉,你可能會發現其中一些聞起來像雞蛋或屁。這是硫化氫的氣味。硫化氫包含在火山氣體和從地球深處湧出的溫泉中,對許多生物有毒,但卻是硫氧化細菌的能量來源。有一類細菌稱為化學合成細菌,它們利用化學反應産生的能量來合成生命所需的有機物。硫氧化細菌也是這種細菌大軍的一部分,這些細菌利用硫化氫和氧氣反應産生的能量将二氧化碳結合成有機物。在有豐富的硫化氫氣體的地方,它們可以生存和繁殖。當硫氧化細菌增加到一定數量時,它們可以與一些動物形成共生關系并生活在一起。

為什麼富含硫化氫的深海溫泉> <h2級?"RichEditor-header-two"?</h2>

當地表水滲入地下深處,被上升的岩漿加熱并摻入硫化氫氣體時,溫泉中的熱水就會形成。出于同樣的原因,溫泉中的硫化氫從火山活動更活躍的深海海底的海洋地殼深處流出。水下火山活動通常集中在海洋地殼深入地球的地方,以及海洋地殼開裂并形成新地殼的地方。海洋的深海溫泉都集中在這些地方。當然,富含硫化氫的泉水不僅包括溫泉,還包括冷泉。例如,在構造闆塊碰撞的地方,富含硫化氫和甲烷氣體的地殼深處的水經常被擠壓到海裡,形成冷泉。在寒冷的泉水周圍,依賴硫化氫的細菌和動物也集中起來。

硫氧化細菌如何将硫化氫轉化為生物體可以使用的能量?為了弄清楚這一點,從植物的光合作用開始。

很有“味道”的深海熱泉,它卻是地球上另外一個生命室外桃園

生物體主要由碳、氫、氧元素組成,這些元素都包含在取之不盡用之不竭的水和二氧化碳中,但氫氣和碳與氧強結合,是以不能被生物體直接利用。為了切斷這種化學結合并使用這些元素,需要能量。植物利用陽光切斷這種結合,然後重新組合元素以形成必要的有機物,這一過程就是光合作用。

硫氧化細菌也可以産生有機物。與植物不同,它們不是由陽光構成的,而是由硫化氫産生的能量構成的。硫化氫包含在泉水和溫泉中,在腐爛的大型動物屍體周圍含量豐富。深海溫泉對人類來說是地獄,他們不僅無法在那種環境中呼吸,而且還被硫化氫毒死。但在硫氧化細菌和它們共同生活的動物眼中,深海溫泉是能量和希望的光明之地。

深海溫泉的溫度非常高,達到380攝氏度,但倒入水中後迅速下降到五六十度。溫度距離熱液隻有十幾度三四厘米,相當于一個海灘淺灘,對動物來說不亞于天堂。通常,蝦,蟹,雙殼貝和獨特的管狀蠕蟲集中在深海熱液口附近的密集區域。與淺灘不同,動物畢竟受到海洋的巨大壓力,大多數習慣于高壓環境的動物在從海上打撈出來時都會被殺死。同濟大學海洋與地球科學學院的周懷陽教授說,螃蟹是一個例外,可能是因為它們沒有血管和堅硬的外殼來保護它們。有一次,他在一個1900米深的溫泉附近抓到了一隻螃蟹,但他沒想到它會在實驗室的水槽裡生活好幾天!

很有“味道”的深海熱泉,它卻是地球上另外一個生命室外桃園

熱液生物群系對人類來說是不可食用的。因為它們體内化學合成的細菌吸收了大量的硫化氫,是以它們會散發出一種惡心的臭雞蛋味,是有毒的。

科學家已經知道,溫泉中還充滿了肉眼看不見的原核生物細菌,也以硫化氫為生。它們是老式的,代謝緩慢,可以在120攝氏度的熱水中放松。

<h2級"RichEditor-header-two"的>探索深海溫泉</h2>

2012年6月30日,我國自主研發的海洋深潛式"龍"号成功進行了試潛,最大潛水深度為7062米。龍号的成功研制,為中國科學家進入深海提供了技術支援。

讓我們進行一次想象的旅程,跟随龍尋找并觀看深海溫泉

很有“味道”的深海熱泉,它卻是地球上另外一個生命室外桃園

剛掉進海裡,"龍"像個醉漢,在海浪翻滾的影響下,檢查員呆在狹窄的艙室裡有點翻騰的感覺。幸運的是,在潛了大約20米後,它進入了寂靜的世界。透過圓形觀景窗,您可以看到魚和水母,它們正在迅速穿過波光粼粼的藍色海水。随着水深的增加,光線變得越來越暗。當它到達200米的深度時,它幾乎完全是黑暗的,但在黑暗中仍然有一些東西發出星點,一些發光的浮遊生物。

龍繼續潛入深處,生物密度變薄,熒光越來越稀少。大約40分鐘後,機艙儀表顯示水已經達到1,500米深,黑水再次發出熒光。

在2000米的深度,龍安全着陸,到達了溫泉噴湧的地方。在探照燈的引導下,潛艇小心翼翼地移動,以免觸及礁石。這片煙囪狀突起,"煙囪"高度不盡相同,最高20多米,相當于六七層樓高,但全部噴入海中,如墨狀熱水。海底到處都是動物,其中最多的是管狀蠕蟲,成千上萬的蟲子聚集在一起,從管子裡伸出鮮紅色的羽毛,就像一朵盛開的紅色花朵。在管蟲群落的表面,可以看到橙色蜘蛛蟹從細長的鉗子中伸出來獵物。在動物群落的上方,有一些魚在緩慢地遊泳。在這裡,它是海底的綠洲...

深海溫泉的發現說了很久。1977年,新近服役的美國深潛者阿爾文(Alvin)在加拉帕戈斯群島附近水域的一次探險中發現了深海海底的溫泉噴口。這個溫泉噴口是滲入海底裂縫的海水與地下深處的岩漿接觸并噴灑鐵,銅和鋅等金屬硫化物的地方。在那裡,煙囪突出,溫泉像黑煙一樣從煙囪頂部冒出來。煙囪本身在與海水接觸後被硫化物沉澱并積聚在溫泉中。

很有“味道”的深海熱泉,它卻是地球上另外一個生命室外桃園

從那時起,科學家們在世界各地的深海海底發現了許多類似的海底溫泉,沿着地球闆塊的邊界,洋中脊和火山前灘。

尋找未知的深海溫泉就像大海撈針一樣,因為每個溫泉的範圍與浩瀚的大海相比太小,一般直徑隻有一兩百米,而較大的隻有三四百米。周懷陽說,尋找未知溫泉有一些實體、化學方法,先要尋找大範圍,然後逐漸縮小目标。當然,最後,要靠肉眼才能看到數字。近年來,周懷陽和他的同僚們發現了兩個新的溫泉口。周懷陽告訴筆者,到目前為止,全世界已經發現了400多個溫泉區,而且這個數字還在不斷增加。

早年,周懷陽在對胡安德富卡山脊上的溫泉進行科學考察時,成功地将自己設計的煙囪"帽子"放在了溫泉噴口的頂部。帽子中插入九個溫度計,以自動記錄溫泉溫度的變化。對煙囪内溫泉的持續監測,以及對煙囪橫截面礦物成分變化的分析,為研究人員提供了有關溫泉産生和消亡的詳細資訊。

在浩瀚的大海中,有溫泉的地方,有繁華的生物群系。然而,在不同的海洋中發現了不同種類的溫泉。海洋生物學家辛迪·範道弗(Cindy VanDofer)跟蹤阿爾文五年,發現太平洋和大西洋溫泉生物群系明顯不同:太平洋以螃蟹和管狀蠕蟲為主,而大西洋則以蝦為主。在大西洋的溫泉周圍,成群的蝦遊動形成漩渦,就像飛來飛去的蝗蟲一樣,其規模不亞于太平洋的管狀蠕蟲。

繼續閱讀