【科技日報】冷泉專家談冷泉

2020-12-15 中國科學院

中科院南海所研究員馮東是冷泉專家,曾在美國進行5年相關研究,多次出海考察冷泉。他向記者介紹了冷泉的一些有趣知識。

早在1977年和1979年,美國人就發現了生長有重晶石和管蟲的冷泉,但當時認為那是「低溫熱液」。1983年,美國科學家確定了第一個冷泉,那是在墨西哥灣的佛羅裡達陡崖,3200多米深的海底。很快,這種滲漏甲烷的海底區域,成了研究熱點。

現在,全世界已經發現冷泉900多個,略高於發現熱液的數目。發現冷泉最多的區域是墨西哥灣。最老的冷泉有4億年,最淺的在水下900米。

冷泉並不「冷」,大多冷泉流體的溫度接近或略高於鄰近的海水。除了滲出甲烷的冷泉,還有滲出原油、鹽水和淡水的冷泉。在墨西哥灣海底,就發現了比海水鹹3倍的鹹水湖,其中奧秘無人知曉。

而科學家們最關注的是甲烷冷泉,它也是最常見的冷泉。甲烷在高壓低溫下,有可能形成水合物,也就是俗稱的「可燃冰」。在美國外海,漁民曾經拖網打撈上可燃冰,它很快升華,消失了。不光在海底,在全球最深的湖泊,貝加爾湖底也有可燃冰。

冷泉區的天然氣水合物品質高,埋藏淺。有一項估計,甲烷水合物的熱值,是全世界其他埋藏的碳燃料的兩倍。能源短缺的日本對它寄予厚望。

一項研究表明,在古新世—始新世之交(約5500萬年前),全球溫度急劇升高,大量的底棲和浮遊有孔蟲滅絕。科學家已經證實,正是海底釋放的甲烷作祟。因此全球氣候變化研究也會關注冷泉。

冷泉研究的一個關注點,是它釋放了多少甲烷。但是,全球有多少冷泉,每個冷泉釋放多少甲烷,多少甲烷在海底被微生物消耗,科學家都不清楚。

海底的甲烷會在海中與硫酸陰離子反應,變出硫氫陰離子,因此在冷泉上方會有高濃度的硫化氫。這一化學反應是怎樣的,生物是如何利用甲烷和硫化氫的,科學家也不清楚。

在冷泉區的海底,常能看到古菌構成的「菌席」。橙黃色、綠色、咖啡色的都有。還有一系列不同門類的動物。

比如管蟲可以在菌類幫助下利用硫化氫。在墨西哥灣發現的管蟲,長3—5米,已經演化得沒有內臟了。它生長很慢。美國科學家在海底為管蟲塗上綠色油漆,10年後再去看它長了多少。科學家推斷,管蟲至少活了250年。

冷泉生物可能具備有耐高壓等一系列特殊基因。它們對其生存環境的變化異常敏感,因此群落可在很小的範圍(幾米)內迅速變化。「蛟龍」號此次下潛也發現,離開繁盛的冷泉生物群,走幾步就到了「深海沙漠」。

由於冷泉如此多變,如此神秘,科學家的興趣與日俱增。但研究冷泉必須依賴高科技和高投入。全球冷泉研究的強國,除了頭把交椅美國外,還有德、日、英、法。中國十多年前才開始關注這一領域。

2002年,中國在南海北部撈起了冷泉區特有的碳酸鹽巖,這表示南海也有冷泉。中國也就此開始了冷泉探索。最新研究表明,南海的冷泉活動較早,33萬年前到6.3萬年前就開始了。而墨西哥灣冷泉一般年齡在5萬年以內。有趣的是,我國科學家在西藏也確定了一個遠古冷泉的遺蹟,估計有1億年之久。

「蛟龍」號一個月來在冷泉區採到大量生物和地質樣品,將為科學家提供豐富資料。比如說,對生物進行基因測序,將有助於了解有哪些共生菌支持了大型動物的生存;通過分析巖石,還能推測冷泉興盛衰敗的歷史。

(原載於《科技日報》 2013-07-11 01版)

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