什麼是熱液噴口?煙囪、溫泉、礦物質,以及特殊生命體的家

2020-12-03 FUN知識點

在「深海勇士」號公布的視頻裡,我們看到了海底2000米生物的樣子。除了視頻裡可見的鎧甲蟹、貽貝、盲蝦外,那裡還「隱藏」著許多神秘群體。它們隨著1979年「熱液噴口」(hydrothermal vent)的發現,逐漸進入人們的視野,熱液溫泉、熱液煙囪周圍,就是這些奇特生命體的家園。

熱液噴口的形成

地球不同板塊的相互緩慢移動,會形成被稱為「洋中脊」(mid-oceanic ridge)的巨型水下山脈,作為一種構造帶,它是板塊分離的地方,同時也是新地殼產生的地方。洋中脊軸部不僅地震和火山活動頻繁,也是熱液噴口的形成地。

由於海水能夠通過洋中脊的裂縫向下滲透,在受到超過1000攝氏度的巖漿加熱後,被加熱的海水向上流動,沿著板塊之間的邊界向外噴發,因此形成了深海熱液噴口。這些噴出的溶液由水和化學物質組成,溫度從100攝氏度到350攝氏度不等,像是海底冒著煙的煙囪。

熱液噴口的類型

目前已知的海底熱液噴口有大約150個,根據熱液的溫度、顏色和其中所含的礦物質,可以將煙囪分為黑煙囪(black smokers)和白煙囪(white smokers)兩種。

黑煙囪位於深海區,即海平面以下1000到4000米,大多數集中在2500米到3000米處。之所以會呈現出黑色,主要是由於含量較高的硫化物,當溫度高達320攝氏度到400攝氏度的熱液,與溫度較低的海水(約為2攝氏度)接觸時,硫化物迅速產生沉澱,從而形成巨大的黑色煙囪。

白煙囪與黑煙囪相似,但是它們離洋中脊相對較遠,熱液溫度也相對較低,大約在100攝氏度到320攝氏度之間,其特有的白色來自於溶解的鈣、矽、鋇等礦物質。

奇特生命的家

熱液噴口周圍,生活著地球上最為獨特的生物群落。高溫熱液、硫化物等礦物質構成的特殊環境,為一些物種提供了獨一無二的生存家園。

在1979年科學家們首次發現熱液噴口時,就認識了巨型管蠕蟲(Riftia pachyptila)。成群的蠕蟲生活在熱液噴口附近,最長的巨型管蠕蟲身長可達2.5米,它們沒有口腔和消化道,通過體內共生的細菌汲取營養,細菌通過分解熱液口噴出的化學物質,產生有機分子,巨型管蠕蟲則通過這些分子獲取能量。

2005年,科學家在南太平洋復活節島水下1500米左右的熱液噴口附近,發現了一種白色的螃蟹,它們有著毛茸茸的鉗和腿,因此被命名為雪人蟹(Kiwaidae)。雪人蟹沒有視覺功能,身上遍布著淡黃色的細菌群落,幫助它們分解熱液中的毒液。據估計,在熱液噴口附近由於生存空間有限,大約每平方米就有700隻雪人蟹。

熱液噴口章魚(Vulcanoctopus hydrothermalis)的獨特之處在於它沒有任何色素沉著,也沒有墨囊。首先,由於生存環境的特殊,潛在的捕食者視力水平都比較低,章魚也就沒有必要通過改變身體顏色進行偽裝。其次,它們不會像其他章魚一樣噴射墨汁,科學家推測這與其生存地狹小有關,噴射墨汁會讓它們向反方向加速移動,這很容易使它們離噴口過近或者過遠,造成體溫過高或過低而死亡。

對於熱液噴口的研究,充滿未知和驚喜。一方面,熱液噴口有助於以熱量的形式將地球能量從內部轉移到表面;另一方面,它提供了一種地球上其他任何地方都不存在的環境,孕育出豐富而複雜的生態系統和生物棲息地。

此外,通過研究生物如何在熱液噴口附近的特殊條件下生存,有助於更好地了解生命起源,以及其他星球上可能存在的生命跡象。

你對海底熱液噴口的生物怎麼看,歡迎留言、分享。

請隨手關注、點讚、評論,每天一點泛閱讀!

相關焦點

  • 蛟龍號第三、第四潛次均發現熱液噴口
    中國經濟網北京3月8日訊(記者 杜芳)中國經濟網記者今天從國家海洋局獲悉:當地時間3月7日和4日蛟龍號載人潛水器分別在大糦熱液區和臥蠶1號熱液區進行了本航次的第4次下潛(總第126潛次)和第3次下潛(總第125潛次)。兩次下潛都在調查區域發現了熱液噴口並獲取了硫化物樣品。
  • 「毒溫泉」孕育早期生命,這是地外生命探索重要依據
    一些科學家主張稱,地球上的生命是在看似不適宜居住的條件下逐漸形成的,生物在地球上遊蕩之前,像邦帕斯地獄這樣的高溫溫泉可能促進化學反應,使簡單分子連接在一起,從而向複雜生命邁出第一步。然而,其他科學家將地球生命的起點聚焦於海底深處的熱液噴口,在海底熱液噴口處,富含礦物質的熱水從海底裂縫中翻滾而出。
  • 地球早期生命可能從「毒溫泉」開始 研究有助在太陽系其他星球上尋找生命形式
    一些科學家主張稱,地球上的生命是在看似不適宜居住的條件下逐漸形成的,生物在地球上遊蕩之前,像邦帕斯地獄這樣的高溫溫泉可能促進化學反應,使簡單分子連接在一起,從而向複雜生命邁出第一步。然而,其他科學家將地球生命的起點聚焦於海底深處的熱液噴口,在海底熱液噴口處,富含礦物質的熱水從海底裂縫中翻滾而出。
  • 開採深海噴口可能會危及珍貴的生態系統
    它的奇特之處就包括了熱液噴口,這些海底的裂縫將滾燙的熱水抽出來,形成了巨大的煙囪,裡面充滿了各種奇怪的微生物。關於這個神秘的生態系統,我們所知道的是那裡有大量的稀土礦藏,包括碲、鎘、鋰、鋅和鈷。這些礦物可以被用來生產手機和可再生能源等技術,以及癌症治療藥物。我們的未來將取決於它們。
  • 新陳代謝的原始形式,深海熱液噴口附近的巖石為生命起源奠定基礎
    深海熱液噴口中發現的礦物催化劑將二氧化碳和氫轉化為生物分子,與已知的生物途徑具有驚人的相似之處。圖片:Susan Lang, U. of SC./NSF/ROV Jason/2018 Woods Hole Oceanographic Institution來自德國、法國和日本的研究人員的國際合作調查了深海熱液噴口中發現的礦物的催化活性。結果表明,礦物質驅動的化學反應可能與微生物碳代謝密切相關。沒有新陳代謝,地球上的生命就不可能開始。
  • 我國科學家首次在深海熱液區發現氣態水
    研究人員此次在深海熱液區,通過「發現」號ROV的高清攝像頭發現由大量「蘑菇型」熱液煙囪結構形成的倒置湖,湖內充滿大量閃閃發光的水體。這是由於巨大的溫度、密度差異形成的強烈光反射層,使倒置湖的湖面看起來如同光滑的鏡面一般平整。通過深海雷射拉曼光譜原位探測系統和深海熱液溫度探針對倒置湖內水體不同層位進行拉曼光譜採集和溫度測量。
  • 中國在深海熱液區倒置湖中發現超高溫氣態水存在
    研究人員此次在深海熱液區,通過「發現」號ROV的高清攝像頭發現由大量「蘑菇型」熱液煙囪結構形成的倒置湖,湖內充滿大量閃閃發光的水體。這是由於巨大的溫度、密度差異形成的強烈光反射層,使倒置湖的湖面看起來如同光滑的鏡面一般平整。通過深海雷射拉曼光譜原位探測系統和深海熱液溫度探針對倒置湖內水體不同層位進行拉曼光譜採集和溫度測量。
  • 南極深海發現失落世界:熱液噴口的海葵和藤壺
    英國牛津大學、南安普敦大學和英國南極調查局的研究人員表示,這些動物生活在如 此惡劣的環境裡,將有助於科學家了解生命起源問題,以及它們是否能在其他行星上生存。  新發現的20多種動物中,大部分都是一種「雪蟹」,這種蟹的體長大約是16釐米,它們生活在熱液噴口上,多達600隻雪蟹聚集在一起。與其他螃 蟹不同,雪蟹的胸部長著厚厚的毛墊,科學家認為這是用來培養它們賴以生存的細菌的。
  • 熱液硫化物
    熱液硫化物是以下礦物之一大來源:銅、鋅、鉛、金與銀礦,且副產物(co- or by-products)有 鈷Co、錫Sn、Ba、硫S、硒Se、 Mn、Cd、銦In、Bi、Te、鎵Ga 與鍺Ge。據初步估算,僅紅海中的熱液硫化物中就有鐵2400萬噸、銅106萬噸、鋅以及伴生的鉛、銀和金290萬噸。「熱液硫化物」是日益受到國際關注的海底礦藏。
  • 上海交大科研團隊揭示深海熱液煙囪微生物群落的演替
    深海熱液區生態系統是不依賴於太陽光能,由化能自養微生物支撐的典型黑暗生態系統,具有極高的生產力和生物多樣性。硫化物煙囪體是深海熱液區的代表性特徵結構,由噴發的超高溫還原性熱液與低溫富氧海水混合造成礦物沉澱聚集形成。
  • 科學網—北大西洋海底3000米發現大型深海火山噴口
    海底火山生物 北京時間8月17日消息,據美國國家地理網站報導,「凱爾特探險家」號研究船的科學家表示,他們在北大西洋發現一個罕見的深海冒煙火山噴口系統以及一系列三層樓高的煙囪狀結構研究小組使用遠程遙控水下機器人(ROV)下探到覆蓋細菌粘液的懸崖一側,直至發現從底下冒出羽狀煙,發現高聳的『煙囪』。」 深海「煙囪」由火山活動加熱的海水攜帶的從海床下方湧出的金屬硫化物形成。隨著礦物的堆積,這種多節的塔狀結構形成。一些研究區域深度極深,研究小組使用的SUV大小的ROV只能探測「煙囪」頂部和懸崖兩側。ROV的探測受到拴在研究船上的3000米長的系索限制。
  • 海底熱泉,究竟有多熱?
    噴發的熱液有多熱?水溫至少高於60℃,最高可達464℃!而這些海底的水溫,通常都是2℃左右。所以,突然噴發出來的水,明顯比周圍的水更熱。等等,水的沸點不是100℃嗎?怎麼可能高達400多度?事實上,還真的可以……在深海底部,具有很高的靜水壓力,因此水可以在高溫下保持液狀或者超臨界流體狀態。
  • 北極海冰之下4000米隱藏什麼?或許類似木衛二海底
    本文來源:新浪科技訊北京時間3月4日消息,據國外媒體報導,北極冰層4000米之下隱藏著什麼呢?這裡是一個神秘的世界,存在海底火山,還有一些超出想像的生物……北極深海熱液噴口最早發現於1979年,它們就像從海床伸出的管道,噴射著「熱霧」,實際上這是一種熱液體,富含礦物質。
  • 海底熱液噴口啟動早期生命 顛覆原始湯起源理論
    研究者通過研究天然溶洞的微觀蜂窩狀熱液噴口的地球化學梯度,確認出形成第一個生命體的能量來源  【搜狐科學消息】據國外媒體報導,倫敦大學學院科學家在《生物學論文集》上發表的文章稱,海底熱液噴口的地球化學能量形成了最早的生命有機體。
  • 水的新形態被發現,它在海底就像黑色煙囪,原理顛覆物理學
    引言:如果告訴你,水不僅有固、液、氣三種形態,還存在另外一種特殊的形態,相信很多人都不相信。不僅如此,這種特殊形態的水還能夠被點燃。
  • 深海熱液區發現超臨界二氧化碳 生命來自海底「黑煙囪」又有新證據
    《科學通報》(英文版)以封面文章形式發表一項科研成果——科考隊員在2016年深海熱液航次中,於西太平洋一處深海熱液區發現超臨界二氧化碳,這也是全球首次在自然界發現超臨界二氧化碳。深海熱液區溫壓滿足形成條件而本次超臨界二氧化碳被發現的地方,是西太平洋的深海熱液區。
  • ——深海熱液區首次發現了氣態水
    中國科學院海洋研究所 「科學」號科考船,在深海熱液區首次觀測到氣態水存在的證據。通過「發現」號高清攝像頭發現有大量「蘑菇型」熱液煙囪結構形成的倒置湖。首先我們要了解下什麼是熱液:熱液又稱汽水熱液,是地質作用中以水為主體,含有多種具有強烈化學活性的