深海原位实验室
2024-10-03张鑫张雄
探秘海底绿洲
什么是冷泉？
你或许听说过“热液”，这是一种奇妙的海底活动，广泛分布在全球的各大海域。海水沿裂隙渗入洋壳后，受炽热的岩浆影响，会与基部的玄武岩发生反应，形成温度高达几百摄氏度的、富含硫化物和金属矿物成分的热液。热液不断上升，回到海底，与冷海水相遇后，携带的各种成分快速沉淀，堆积成类似烟囱的地貌。烟囱的颜色因成分差异而有黑白之分，因此也被称作“黑烟囱”和“白烟囱”。
在热液系统被发现的几十年后，人们探测到了另一个海底系统——一些富含甲烷等烃类物质的流体会从海底不断渗出，其喷口主要分布在地质活动活跃的大陆边缘，与热液不同，它与周围海水的温度相差不大，因此得名“冷泉”。
1979年，科研人员在美国加利福尼亚州边界1800米深的海底首次发现冷泉渗漏。自此，冷泉成了深海探测领域的热门课题，它不仅能帮助我们更好地理解深海环境，还对能源、气候变化和生命科学等领域的研究有着重要意义。
冷泉生态系统
不断发展的深潜器技术让人们得以进入冷泉区域。这里的生物密度超乎想象，因此被誉为海底的“绿洲”。
在冷泉之中，最常见、也最被关注的是甲烷冷泉。海底埋藏着许多甲烷水合物——可燃冰，海水渗入洋壳，又在压力等条件的作用下，携带着可燃冰挥发形成的甲烷不断向上，穿过海底沉积物，涌出洋壳。
因此，这里形成了密度高、代谢活跃的微生物群落，它们不需要有机营养物，而是可以通过氧化甲烷来生长、繁衍。在这些微生物的基础上，出现了许多相对大型的海洋生物——如管状蠕虫、贻贝、铠甲虾等，并最终形成了一套完整的冷泉生态系统。
冷泉生态系统是解密深海生命生存策略的“金钥匙”。想要深入研究冷泉生态系统，揭示其稳定存在的机制，我们需要一个强大的科技支撑平台。
深海原位实验室
——探索深海的前沿阵地
在深海做实验
在传统的海洋调查方法中，我们需要将样品取回陆地实验室检测，而这种方法往往会因环境变化，导致数据被损坏或缺失。因此，科研人员在海底布设原位实验室，将陆地上的各种测试和分析仪器整体搬到海底，以确保数据的准确性和完整性。
这个多功能的深海原位实验室配备了一系列能够在深海极端环境中稳定工作的尖端仪器，不仅能进行全面的海洋观测——如获取高清影像资料、测量近海底理化参数、采集流体样品并开展原位实验，还能让科研人员实时接收深海观测数据。大大提高了研究的效率和数据的实时性。
在冷泉深处“睁开双眼”
目前，中国已发现的冷泉均分布于南海区域。近期，科研人员使用自主研制的深海原位实验室平台，在南海冷泉系统进行了一项原位实验。
通过这个平台，科研人员对冷泉喷发的流体在浅表层沉积物中快速形成水合物的过程进行了观察和分析，并研究了这一过程对周围生物群落的控制机制，他们发现，即使喷发活动不连续时，冷泉也能维持生态系统内宏观的生物稳定。
生态系统中的“电容器”
科研人员发现，可以将冷泉区域中的甲烷水合物比作这个生态系统中的“电容器”。它的形成和分解类似于电容器的充电和放电过程，能够说明冷泉区域中能量的储存与释放机制。
冷泉活动期间，大量甲烷会在低温、高压的条件下与水分子结合，形成甲烷水合物，这个过程就像充电，为电容器储存能量。而当冷泉活动暂时减弱或停止时，甲烷水合物不断分解，释放出储存的能量，供给生态系统中的生物，类似于电容器的放电过程。
充电和放电的循环，就像对能量进行了“削峰填谷”（电力工程术语，指通过调度发电侧或用电侧，合理地将负荷高峰时段内的部分负荷填补进负荷低谷，使发电、用电更加平衡），为参与甲烷代谢的微生物提供了稳定的化学梯度，是维持冷泉区巨型动物群体数量稳定的关键因素。
通过深海原位实验室，科研人员正在更好地理解冷泉生态系统，探索深海的生物多样性和生态功能。它不仅帮助我们认识地球，还能为可持续能源开发和碳循环管理提供重要帮助。
（责任编辑 / 牛一名 美术编辑 / 周游）
