【科普秀】「發現」號探秘南海冷泉 解密世界海底資源寶庫「冷泉」

2020-12-15 千龍網·中國首都網

千龍網綜合報導 7月24日,我國新一代遠洋綜合科考船「科學」號搭載的「發現」號遙控無人潛水器在南海一冷泉區下潛作業,目標是採集冷泉區生物,尋找冷泉噴口。 什麼是冷泉?為什麼人們叫它「冷泉」呢?為什麼要研究冷泉?

7月24日,吊車將「發現」號遙控無人潛水器吊出船舷外。

當日,我國新一代遠洋綜合科考船「科學」號搭載的「發現」號遙控無人潛水器在南海一冷泉區下潛作業,目標是採集冷泉區生物,尋找冷泉噴口。

此外,我國自主研發的自治式水下機器人「探索」號,7月24日在南海北部開展首次試驗性應用,預計水下作業時間20小時。

「科學」號正在南海執行中國科學院戰略性先導專項「熱帶西太平洋關鍵區域海洋系統物質能量交換」2017年南海綜合考察航次。

什麼是冷泉?

冷泉是一種以水、碳氫化合物(天然氣和石油)、硫化氫、細粒沉積物為主要成分,溫度較低,與海水溫度相近的流體,主要分布在被動陸緣和主動陸緣斜坡海底沉積面之下。

冷泉是繼海底熱液之後的又一重大發現,二者都反映了海底的極端環境,但同時在這種環境中又生活了大量的生物,是目前地球科學的研究熱點。

1983年,在墨西哥灣佛羅裡達陡崖3200m深發現海底冷泉(海底天然氣滲漏)特徵及其相關產物。1984年,在俄勒岡州岸邊俯衝區又發現了甲烷滲透流,之後在太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋活動和被動大陸邊緣1400~3500m深處發現了數十個冷泉。

在我國,已經初步確認的近海冷泉區主要有7個,東海僅發現衝繩海槽1個冷泉區,南海海域分布6個,包括臺西南海域東沙群島西南海域東沙群島東北海域神狐海域南沙海槽西沙海槽海區

2015年3月,首次在珠江口盆地發現的「海馬冷泉」具有非常重要的意義,之後的研究對它的分布範圍、地形地貌、生物群落、自生碳酸鹽巖及流體活動特徵等有了更加準確的認識。隨著勘探的不斷深入,全球冷泉越來越多地被發現,目前研究程度最深的冷泉區域包括阿留申群島、卡斯卡迪亞、巴貝多、俄勒岡州沿岸和墨西哥灣等地區。

來自海底沉積界面之下的以水、碳氫化合物 (天然氣和石油)、硫化氫、細粒沉積物為主要成分的流體以噴湧或滲漏方式從海底溢出,並產生系列的物理、化學及生物作用,這種作用及其產物稱為冷泉。既然海底熱泉是熱的,那麼冷泉也是冷的嘍?其實,海底冷泉的溫度與周圍海水溫度相近,約2~4℃。冷泉常呈線性群產出,主要集中在斷層和裂隙較發育地區,經常伴隨著大量自生碳酸鹽巖、生物群落、泥火山、麻坑、泥底闢等較為宏觀的地質現象。

導致冷泉形成的因素主要包括:

①海底沉積物埋藏或者沉積物滑動、運移及重新沉積;

②全球氣候變冷或變暖引起海平面的升降,從而使海底壓力和溫度變化;

③構造抬升或海平面下降使壓力降低;

④與地震有關的壓力快速變化、火山噴發、地溫梯度升降;

⑤海底底層水變暖或溫鹽環流變化,冬季變冷和夏季升溫引起的海底環境變化。

冷泉的流體可能來自於下部地層中長期存在的油氣系統,也可能是海底天然氣水合物分解釋放的烴類(CH4等)。因此,當上述因素出現時,流體會沿著泥火山、構造面或沉積物裂隙向上運移和排放,便會形成甲烷冷泉。根據冷泉流體溢出速度的不同,將其分為快速冷泉和慢速冷泉。快速冷泉常產自泥火山,流體為富甲烷的流體攜帶大量細粒沉積物;慢速冷泉流體富油或氣,在空間上快速和慢速冷泉常過渡伴生。冷泉流體的流量在時間和空間上也是不斷變化的,控制因素主要有潮汐作用、構造作用、孔隙流體與海水的濃度差產生的對流、生物泵作用(海底生物活動改造流體的流動方式)等。

甲烷氣柱噴溢現象

冷泉生物系統是指示海底冷泉非常直接的標誌。甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌參與到冷泉流體中的甲烷與硫酸根離子的缺氧甲烷氧化反應中,為化能自養生物提供了碳源和能量,成為冷泉生態系的初級生產者。在其基礎上又發育著菌席和深海雙殼類(貽貝類和蛤類)及蠕蟲(管狀群蠕蟲和冰蠕蟲)多毛類動物以及海星、海膽、海蝦等一級消費者,其中管狀蠕蟲只出現在冷泉流速較低的環境。二級消費者有魚、螃蟹、扁形蟲、冷水珊瑚等。所以冷泉活動區域一般都是海底生命極度活躍的地方,和熱液生態系統並稱為「深海綠洲」。

繁茂的冷泉生物群落

白色的潛鎧蝦和深色的貽貝

全球海洋環境中可能發育有900多處海底冷泉活動區,每年釋放大量 CO2 和 CH4 等烴類氣體到大氣中,而 CH4 的溫室效應是相同質量 CO2 的20倍以上,因此是全球變化的重要影響因子。我國近海冷泉區主要有 7個,其中南海海域分布6個,東海衝繩海槽1個。2015年「海馬」號 ROV 在珠江口盆地西部海域發現了海底巨型活動性「冷泉」,被命名為「海馬冷泉」。該冷泉淺表層富含天然氣水合物、自生碳酸鹽巖大量出露、冷泉生物群廣泛發育,是非常典型冷泉系統。

研究冷泉具有重要的科研意義。冷泉是探尋天然氣水合物的重要標誌之一;冷泉生態系統是研究地球深部生物圈的窗口;冷泉溢出的 CH4 和 CO2 是可能造成全球氣候變化的重要因素;同時,研究全球圈層相互作用和全球變化也是科學前沿之一。

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  • 並不「冷」的海底冷泉系統--中國數字科技館
    /t20200910_1033984_taonews.html 《百科探秘·海底世界
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