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很有“味道”的深海热泉,它却是地球上另外一个生命室外桃园

深海是一个生命稀缺的世界。如果以重量表示每平方米海底的生物量,那么平均而言,浅海有数百克,深海只有几十克。然而,深海中也有生物量异常高的地方。

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在20世纪70年代,科学家调查了墨西哥附近2,600米的深度,发现了海底的温泉,以及生活在热水周围的大量生物。大海靠近著名的加拉帕戈斯群岛。温泉周围的生物密度为每平方米数十公斤,可与浅珊瑚礁水域相媲美。从那时起,在世界的海洋中发现了更多的深海温泉生物群,就像一颗散落在夜空中的恒星。

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<h2级"富编辑器-头-二">硫化氢,能源稀缺</h2>

深海海底没有光,当然也没有用于光合作用的植物。因此,深海动物通常通过吃从浅海掉落的碎片来生存。由于营养物质的稀缺,深海海底是一个极其罕见和贫瘠的生物场所,但在热液喷口周围,无一例外地发现了丰富多样的生物群系。事实证明,热液流体中的硫化氢为生物提供了取之不尽用之不竭的能量。

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如果你去过很多温泉,你可能会发现其中一些闻起来像鸡蛋或屁。这是硫化氢的气味。硫化氢包含在火山气体和从地球深处涌出的温泉中,对许多生物有毒,但却是硫氧化细菌的能量来源。有一类细菌称为化学合成细菌,它们利用化学反应产生的能量来合成生命所需的有机物。硫氧化细菌也是这种细菌大军的一部分,这些细菌利用硫化氢和氧气反应产生的能量将二氧化碳结合成有机物。在有丰富的硫化氢气体的地方,它们可以生存和繁殖。当硫氧化细菌增加到一定数量时,它们可以与一些动物形成共生关系并生活在一起。

为什么富含硫化氢的深海温泉> <h2级?"RichEditor-header-two"?</h2>

当地表水渗入地下深处,被上升的岩浆加热并掺入硫化氢气体时,温泉中的热水就会形成。出于同样的原因,温泉中的硫化氢从火山活动更活跃的深海海底的海洋地壳深处流出。水下火山活动通常集中在海洋地壳深入地球的地方,以及海洋地壳开裂并形成新地壳的地方。海洋的深海温泉都集中在这些地方。当然,富含硫化氢的泉水不仅包括温泉,还包括冷泉。例如,在构造板块碰撞的地方,富含硫化氢和甲烷气体的地壳深处的水经常被挤压到海里,形成冷泉。在寒冷的泉水周围,依赖硫化氢的细菌和动物也集中起来。

硫氧化细菌如何将硫化氢转化为生物体可以使用的能量?为了弄清楚这一点,从植物的光合作用开始。

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生物体主要由碳、氢、氧元素组成,这些元素都包含在取之不尽用之不竭的水和二氧化碳中,但氢气和碳与氧强结合,因此不能被生物体直接利用。为了切断这种化学结合并使用这些元素,需要能量。植物利用阳光切断这种结合,然后重新组合元素以形成必要的有机物,这一过程就是光合作用。

硫氧化细菌也可以产生有机物。与植物不同,它们不是由阳光构成的,而是由硫化氢产生的能量构成的。硫化氢包含在泉水和温泉中,在腐烂的大型动物尸体周围含量丰富。深海温泉对人类来说是地狱,他们不仅无法在那种环境中呼吸,而且还被硫化氢毒死。但在硫氧化细菌和它们共同生活的动物眼中,深海温泉是能量和希望的光明之地。

深海温泉的温度非常高,达到380摄氏度,但倒入水中后迅速下降到五六十度。温度距离热液只有十几度三四厘米,相当于一个海滩浅滩,对动物来说不亚于天堂。通常,虾,蟹,双壳贝和独特的管状蠕虫集中在深海热液口附近的密集区域。与浅滩不同,动物毕竟受到海洋的巨大压力,大多数习惯于高压环境的动物在从海上打捞出来时都会被杀死。同济大学海洋与地球科学学院的周怀阳教授说,螃蟹是一个例外,可能是因为它们没有血管和坚硬的外壳来保护它们。有一次,他在一个1900米深的温泉附近抓到了一只螃蟹,但他没想到它会在实验室的水槽里生活好几天!

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热液生物群系对人类来说是不可食用的。因为它们体内化学合成的细菌吸收了大量的硫化氢,所以它们会散发出一种恶心的臭鸡蛋味,是有毒的。

科学家已经知道,温泉中还充满了肉眼看不见的原核生物细菌,也以硫化氢为生。它们是老式的,代谢缓慢,可以在120摄氏度的热水中放松。

<h2级"RichEditor-header-two"的>探索深海温泉</h2>

2012年6月30日,我国自主研发的海洋深潜式"龙"号成功进行了试潜,最大潜水深度为7062米。龙号的成功研制,为中国科学家进入深海提供了技术支持。

让我们进行一次想象的旅程,跟随龙寻找并观看深海温泉

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刚掉进海里,"龙"像个醉汉,在海浪翻滚的影响下,检查员呆在狭窄的舱室里有点翻腾的感觉。幸运的是,在潜了大约20米后,它进入了寂静的世界。透过圆形观景窗,您可以看到鱼和水母,它们正在迅速穿过波光粼粼的蓝色海水。随着水深的增加,光线变得越来越暗。当它到达200米的深度时,它几乎完全是黑暗的,但在黑暗中仍然有一些东西发出星点,一些发光的浮游生物。

龙继续潜入深处,生物密度变薄,荧光越来越稀少。大约40分钟后,机舱仪表显示水已经达到1,500米深,黑水再次发出荧光。

在2000米的深度,龙安全着陆,到达了温泉喷涌的地方。在探照灯的引导下,潜艇小心翼翼地移动,以免触及礁石。这片烟囱状突起,"烟囱"高度不尽相同,最高20多米,相当于六七层楼高,但全部喷入海中,如墨状热水。海底到处都是动物,其中最多的是管状蠕虫,成千上万的虫子聚集在一起,从管子里伸出鲜红色的羽毛,就像一朵盛开的红色花朵。在管虫群落的表面,可以看到橙色蜘蛛蟹从细长的钳子中伸出来猎物。在动物群落的上方,有一些鱼在缓慢地游泳。在这里,它是海底的绿洲...

深海温泉的发现说了很久。1977年,新近服役的美国深潜者阿尔文(Alvin)在加拉帕戈斯群岛附近水域的一次探险中发现了深海海底的温泉喷口。这个温泉喷口是渗入海底裂缝的海水与地下深处的岩浆接触并喷洒铁,铜和锌等金属硫化物的地方。在那里,烟囱突出,温泉像黑烟一样从烟囱顶部冒出来。烟囱本身在与海水接触后被硫化物沉淀并积聚在温泉中。

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从那时起,科学家们在世界各地的深海海底发现了许多类似的海底温泉,沿着地球板块的边界,洋中脊和火山前滩。

寻找未知的深海温泉就像大海捞针一样,因为每个温泉的范围与浩瀚的大海相比太小,一般直径只有一两百米,而较大的只有三四百米。周怀阳说,寻找未知温泉有一些物理、化学方法,先要寻找大范围,然后逐渐缩小目标。当然,最后,要靠肉眼才能看到数字。近年来,周怀阳和他的同事们发现了两个新的温泉口。周怀阳告诉笔者,到目前为止,全世界已经发现了400多个温泉区,而且这个数字还在不断增加。

早年,周怀阳在对胡安德富卡山脊上的温泉进行科学考察时,成功地将自己设计的烟囱"帽子"放在了温泉喷口的顶部。帽子中插入九个温度计,以自动记录温泉温度的变化。对烟囱内温泉的持续监测,以及对烟囱横截面矿物成分变化的分析,为研究人员提供了有关温泉产生和消亡的详细信息。

在浩瀚的大海中,有温泉的地方,有繁华的生物群系。然而,在不同的海洋中发现了不同种类的温泉。海洋生物学家辛迪·范道弗(Cindy VanDofer)跟踪阿尔文五年,发现太平洋和大西洋温泉生物群系明显不同:太平洋以螃蟹和管状蠕虫为主,而大西洋则以虾为主。在大西洋的温泉周围,成群的虾游动形成漩涡,就像飞来飞去的蝗虫一样,其规模不亚于太平洋的管状蠕虫。

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