熱鬧的海底熱泉社區

2020-12-03 大科技雜誌社

歡迎來到熱液噴口

在大陸板塊交界處,深潛至海底2000米至3000米的地方,幸運的話,能夠邂逅一個特殊的深海秘境:海底熱泉。

海底熱泉的海水是特殊的。此深度的海水通常是冰冷的,大約2℃左右,但炙熱的海底熱泉卻能將這寒冷刺骨的海水加熱到60℃至464℃。這裡的海水與我們想像中的不大一樣,如果溫度足夠高,海水會成為超臨界流體,即既擁有液態水的性質,又擁有氣態水的性質的水。在標準大氣壓下,水的臨界點是375℃,而在這個深度的深海中,壓力超過了300個標準大氣壓,這裡的水在407℃時便會成為超臨界流體。

在海底熱泉,你首先會注意到的大概是那些醒目而特殊的「煙囪」,你所看到的「煙囪」可能是白色的,也可能是黑色的,它們成分不大相同。白色「煙囪」富含鋇、鈣和矽,而黑色通常含有硫化物。形成時的溫度也不大相同,溫度為100℃~350℃時,形成白色「煙囪」,溫度大於350℃時,形成黑色「煙囪」。

這樣特殊的深海秘境是如何形成的呢?

如果你面前有一張全球海底熱泉分布圖,你會發現海底熱泉大多形成於板塊交界處。板塊交界的地方,會有裂谷或裂縫,海水沿著裂谷或裂縫滲入海底地殼內部,與地殼內洶湧熾熱的巖漿短兵相接,與地殼中的玄武巖發生化學反應,形成了高溫、酸性且富含礦物質的熱液,海水勇往直前,層層滲透,直到地殼中的巖石不再與其反應,阻擋住了它前進的步伐,熱液便開始回流至海底,在入口處與冰冷的海水相遇,迅速冷卻,並析出各種硫化物如黃銅礦、硫酸鈣、硫酸鎂等物質。這些物質不斷堆積,越堆越高,漸漸形成了「煙囪」。

在深海2000米的地方,水溫低、壓強大、常年黑暗,種種惡劣的條件限制了生物在該領域的活動,因此,在這樣深的海水中,一般海洋生物的種類和數量十分匱乏。但海底熱泉卻不一樣,這裡熱熱鬧鬧,種類繁多的深海生物在此定居。

秘境中的生產者

深海中暗無天日,自然也沒有地面上的花草樹木或是淺海裡的海草、水藻等生物。在這裡,承擔這一角色的是那些不起眼的細菌。這些小小的細菌有著不小的本領,能夠忍受來自「煙囪」的超高溫,同樣能夠抵禦深海的冰冷海水。它們有著化能合成的本領,即利用二氧化碳和含氮化合物合成細胞物質,並通過氧化無機物獲得能量,用此本領將熱液噴口處噴出的硫化氫等化為己用,並生成有機物供其他生物食用。

有的細菌不能進行化能合成,卻也能在此承擔生產者的身份,綠色硫細菌便是其中之一,綠色硫細菌是自養生物,能進行光合作用。在黑暗的深海,光從哪裡來呢?原來,熱泉處的地熱活動會釋放出來微弱的光芒,綠色硫細菌在此微弱的光芒下也能夠進行光合作用,生成有機物。

趨之若鶩的消費者

有了生產者貢獻的養分,自然會吸引眾多消費者蜂擁而至。

有許多軟體動物「慕名而至」。巨型白蛤便是其中之一,它是海底熱泉的典型生物,是貝殼堅硬的軟體動物。在深海裡,它們有廣闊的生長空間,長至1米的白蛤並不少見。從外表上看,巨型白蛤除了大些,與我們平時所見的蛤蜊並沒有多大區別,但若將它打開來看,巨型白蛤不像普通蛤蜊一樣有腎臟、心臟、嘴巴、胃等器官,並且它的內部簡直是細菌的聚集地,這裡住滿了不同種類的共生細菌。

深海裡的動物總能放肆生長,名字前頭總得帶個「巨型」才能彰顯它們的原產地——深海。巨型管狀蠕蟲,顧名思義,自然也是深海動物,它們也是生活於海底熱泉的軟體動物。巨型管狀蠕蟲可長至2.4米,生活在熱液噴口附近,它的前端是紅色的柔軟觸手,下端連著白色的管子,白色管道其實是堅硬的外殼,若是受到刺激,它們會迅速將觸手縮回管道內。巨型管狀蠕蟲是群居動物,一群群聚在一起,伸展著觸手,隨著海流擺動,像是一片盛開的紅色花海在隨風搖曳。巨型管狀蠕蟲不僅長得長,活得也長,它們大概是最長壽的低等動物,有些巨型管狀蠕蟲已經活了250年!與巨型白蛤相似,巨型管狀蠕蟲的體內同樣沒有器官,並且充滿了共生的細菌。

同樣是軟體動物,深海章魚在食物鏈上的位置就比巨型白蛤和巨型管狀蠕蟲要高許多,白蛤和管狀蠕蟲都是深海章魚的獵物。深海章魚呈白色,漂在黑魆魆的海水裡,宛若一隻幽靈,因此也被稱作「幽靈章魚」。海底熱泉的深海章魚與別的章魚不同,它們沒有墨囊,不能噴射墨汁,不過在這裡,深海章魚的確不需要墨囊,因為它們是這裡的食物鏈頂端的霸主,沒有天敵,不需要釋放墨汁狼狽逃亡。

除了軟體動物,甲殼類動物也是海底熱群的主要居民。

雪人蟹便是海底熱泉的獨特品種,因身上多毛,還被稱為「多毛怪」。它目不能視,視網膜已經完全退化,顯然在漆黑的深海裡,也沒什麼可看的。雪人蟹通體覆蓋著黃色細菌群落,細菌群落幫助雪人蟹分解熱液噴噴發出的有毒物質。但科學家發現,雪人蟹大概有些「忘恩負義」,它們會以這些黃色菌落為食。除了黃色菌落,它們大概還會吃些別的東西,但由於雪人蟹是新發現的生物,對它的習性科學家還尚未完全掌握。

在海底熱泉威風凜凜的還有鎧甲蝦,鎧甲蝦長得像龍蝦,卻是寄居蟹的親戚。它們腹部扁平,有長長的尾巴,尾巴朝下,由後往前伸至胸口處。鎧甲蝦也是群居動物,常常傾巢而出尋找食物,它們的食物是生物被膜。生物被膜是細菌等微生物將自身所生產的多糖包裹在身上,並附著在其他生物或非生物表面的微生物群落,生物被膜營養豐富,是鎧甲蝦的最愛。

清道夫登場

維持一個完整的生態系統,除了生產者和消費者,還少不了分解者。海蒲公英是海底熱泉的清道夫,也是最晚來到這兒的居民。海蒲公英遠看像一朵朵蒲公英,其實是許多水母組成集合體,並不一個單獨的個體,是食腐動物。海底熱泉並不會永久存在,總有一個中止日期,海蒲公英便是這一日子的預兆。如果海底熱泉出現大量的海蒲公英,預示著這裡有大量的生物死亡,海底熱泉瀕臨崩潰。

海底熱泉的崩潰是突然的,微小的地殼運動變化都會引起地殼內部巖漿改道,熱液停止噴發,從而致使海底熱泉徹底失去原先的生命力,這裡漸漸恢復成與其他地區無異的冰冷深海。熱泉的崩潰給原先熱熱鬧鬧的「社區」畫上了冰冷的句號,有的生物離開了,有的生物已經死亡。

有人說,海底熱泉是地球生命的起源之地;有人說木衛二和火星上很可能存在或存在過海底熱泉。但不管如何,科學家對海底熱泉的探索還在繼續,而那些生活於此處的居民仍在各司其職,維繫著這一特殊的生態系統的運作。

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