并不“冷”的海底冷泉系统

杨克红

海底有很多奇特的自然现象，冷泉系统就是其中之一。人类于1984年在墨西哥湾俄勒冈州岸边俯冲区首次发现了海底冷泉系统，随后在其他大陆斜坡和大陆边缘均有发现。迄今为止，除了南北两极极区外，各大洋均有冷泉系统被发现，但是大多数分布在环太平洋的活动俯冲带。我国南海多处和东海冲绳海槽均有冷泉系统被发现，其中最著名的是位于台湾西南的九龙甲烷礁冷泉区域和海南岛东南部（琼东南盆地西部）的海马冷泉系统。

冷泉不“冷”？

冷泉系统是指分布于大陆边缘海底、来自沉积界面之下，以水、碳氢化合物（天然气和石油）、硫化氢或二氧化碳为主要成分，受压力梯度影响从沉积体中运移和排放，温度与海水相近并具有一定流速的流体。所以，虽然被称作“冷”泉系统，但是它的温度并不是很低，大约2摄氏度～4摄氏度。

冷泉如何形成？

上覆沉积物、海底温度和压力的变化是导致海底冷泉系统形成的重要因素。因此，海平面的升降，海底温度和压力的变化，地震、火山喷发、滑坡等地质事件的发生，以及海底构造的变化等，都是决定冷泉形成的因素。

冷泉系统有一些特别明显的标志，如冷泉生物系统、冷泉碳酸盐岩以及向上喷涌的携带大量沉积颗粒的流体等。科学家们通过海底照相摄像、仪器探测等技术来寻找这些标志，从而发现冷泉系统。

海底结构物的垂直剖面图

冷泉中的生物及矿物

在冷泉系统中，主要的生物是菌席、深海双壳类（贻贝类和蛤类）和蠕虫（管状群蠕虫和冰蠕虫），这些生物的分布密度非常大。那么，它们是怎么生活的呢？原来有两种细菌发挥了巨大作用，一种叫甲烷氧化菌，另一种叫硫酸盐还原菌，在它们的参与下，冷泉系统中的碳氢化合物（主要是甲烷）与海水中的硫酸根离子发生缺氧氧化作用，为这些生物提供生命能量。

在冷泉系统中，冷泉碳酸盐岩也很常见。由于在甲烷缺氧氧化过程中，微生物活动形成了大量的碳酸氢根，使环境的碱度增加，从而与海水及孔隙水中的钙离子结合形成碳酸盐矿物，再与沉积物胶结之后形成碳酸盐岩。冷泉碳酸盐岩和我们陆地上的岩石完全不一样，它们可以呈现烟囱状、圆锥状、树枝状、板状等多种形状，但大多数还是呈烟囱状，中间的烟囱是冷泉流体向外涌出的通道。这些冷泉碳酸盐岩比我们陆地上的岩石硬度低，所以很容易被刀切开。

名詞解释

胶结

在沉积物被压在一起的过程中，受压力的作用，岩石的一些矿物慢慢溶解在水里，于是含有矿物的水溶液就渗入沉积物颗粒间的空隙中。当含有矿物的水溶液中的矿物结晶时，沉积物颗粒被结晶的晶体粘在一起的过程就叫胶结。

冷泉系统具有重要的科学研究价值。首先，冷泉系统的流体可能来自下部地层中长期存在的油气系统，也可能是海底天然气水合物分解释放的烃类。因此，它是寻找海底天然气水合物的重要标志之一。其次，冷泉系统也是研究地球深部生物圈的窗口，为探索极端环境下的生命活动提供了天然实验室。此外，冷泉系统中的甲烷和二氧化碳均是温室气体，是导致全球气候变化的重要因素。冷泉系统的形成也与全球气候变化密切相关，因此，冷泉系统可为人们研究全球气候变化提供线索。