深海绿洲——冷泉生态系统

 

  引言

  近40年来,“冷泉”被全球所知。“冷泉”是海底之下的甲烷、硫化氢和二氧化碳等气体在地质结构或压力变化驱动下,渗漏溢出海底进入海水的活动。“冷泉”在海底的形态类似陆地上的泉口,周围温度一般在3-5℃主要分布在俯冲带和富含有机质的被动大陆边缘。“冷泉”将溶解和气态化合物向上输送,维持着深海绿洲的生态系统。古菌的甲烷厌氧氧化作用(AOM)是唯一的、也是最重要的反应。随后的反应包括硫的生物地球化学作用和碳酸盐矿物沉淀产生甲烷、后生动物、微生物及矿物的生物地球化学作用。“冷泉”生态系统是研究地球深部生物圈的重要窗口,同时也是探寻天然气水合物的重要标志之一

  1  “冷泉”的成因和分布

  海底沉积物中的甲烷等气体可能来源于生物成因或热成因不同成因气体通过输导系统聚合在温压条件有利的地层中,形成天然气或天然气水合物当稳定条件被破坏,天然气或天然气水合物分解后释放的甲烷气体沿泥火山构造面或沉积物裂隙向上运移和排放,在近海底形成甲烷“冷泉”。经常伴随着大量自生碳酸盐岩、生物群落、泥火山、麻坑、泥底辟等宏观的地质现象。

  甲烷冷泉和相关生态系统在全球很多位置都有报道,目前已发现的冷泉活动区有900多个,包括希古朗基盆地(新西兰近海)、路易斯安那斜坡/佛罗里达陡坡的上中下部(墨西哥湾)、南海海槽(日本)、刚果-安哥拉和尼日利亚边缘(西非近海)、巴巴多斯海槽(巴布亚新几内亚近海)、马克兰海岸(巴基斯坦近海)、北欧陆地边缘、加的斯湾和尼罗河深水区(地中海东部)、夏洛特皇后盆地(不列颠哥伦比亚北岸太平洋)以及南极洲的拉森冰架之下。

  2  冷泉生态系统

  在千米以下深海中,很少生物能生存在缺乏光线和温度的条件下。而在甲烷“冷泉”周围出现大量化能合成生物,从海底菌席等微生物到双壳类、多毛类、虾蟹类、冷水珊瑚等高等生物的一个完整生态系统。在黑暗贫瘠的深海中呈现出一片生机盎然的景象,因此,冷泉生态系统是深海中的绿洲。

  “冷泉”释放出的甲烷硫化氢穿过低水温的海底沉积物水体之间界面,致使大量冷泉生态系统的出现。在“冷泉”喷口,存在多种古菌群,但参与甲烷厌氧氧化作用(AOM)的共生菌主要是甲烷氧化菌和硫酸盐还原菌。然而,这些菌群是其他异养生物的食物养分,因此生态系统的生长和维持依赖于甲烷硫化氢气体的持续供应。冷泉生物群落代表了特有的生态系统,以化能合成和异养动物群为特征。这些生态系统的动物多样性和空间分布主要受沉积物和水体界面的甲烷硫化氢通量控制。

  3  中国南海冷泉的发现

  2004年,中国地质调查局所属的广州海洋地质调查局“海洋四号”船第一次在南海东沙海域发现海底“冷泉”,通过海底摄像发现碳酸盐岩结壳、双壳类贝、菌席,以及地球化学甲烷含量异常。到2013年,广州海洋地质调查局在这一区域成功钻获天然气水合物实物样品。

  2015年,广州海洋地质调查局利用自主研发“海马”号深潜器在珠江口盆地西部海域发现“海马冷泉”,该“冷泉”分布在水深1350~1430米,具有浅表层富含天然气水合物、自生碳酸盐岩和生物群三大特点。并利用大型重力活塞取样器获取块状天然气水合物样品。

  2019年5月,广州海洋地质调查局“海洋六号”船圆满完成2019年深海探测共享航次科考任务,调查人员在南海北部发现新的海底大型活动性“冷泉”,并首次发现“管状蠕虫”及海蛇尾。“冷泉”生态系统是研究地球深部生物圈的重要窗口,同时也是探寻天然气水合物的重要标志之一

  4  冷泉生态系统的研究意义

  世界各国政府和学术界“冷泉”及其生态系统的起源和发展十分重视,这是因为海底“冷泉”的调查研究对天然气水合物战略资源、生物进化理论、全球变暖以及海洋酸化具有极其重要的意义。

(范广慧)

 

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