人們?cè)?jīng)以為，永恒黑暗的深海是沒(méi)有運(yùn)動(dòng)、沒(méi)有生命的死寂世界。隨著探索的深入，人們發(fā)現(xiàn)深海不但地形起伏，充盈著水流和生命活動(dòng)，而且充滿(mǎn)了想象不到的奧秘。

深海底部的雙向運(yùn)動(dòng)

深海熱液是20世紀(jì)海洋科學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)之一，包括高溫?zé)嵋汉偷蜏責(zé)嵋骸?/p>

1979年，美國(guó)的載人深潛器“阿爾文”號(hào)在東太平洋進(jìn)行深潛考察時(shí)，發(fā)現(xiàn)海底有2米高的“黑煙囪”向上噴出滾滾濃煙。原來(lái)，這是滲入地殼的海水與上升的巖漿接觸后，形成的富含金屬元素的熱液，即深海熱液。350℃的高溫?zé)嵋合蛏蠂姵?，在遇到海水冷卻沉淀后，所含的硫化物形成了像“黑煙囪”一樣的景觀。人們由此推測(cè)，深海熱液是巖漿活動(dòng)的副產(chǎn)品。此后，又經(jīng)過(guò)30年的探測(cè)，全球累計(jì)發(fā)現(xiàn)500多處活動(dòng)的熱液口，其中，一半分布在板塊擴(kuò)張的大洋中脊，一半分布在板塊俯沖的火山弧一帶。

除了巖漿活動(dòng)，上地幔的橄欖巖在洋中脊或者俯沖帶出露，與海水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也能產(chǎn)生熱量而引起熱液活動(dòng)。不過(guò)，這種熱液溫度只有40℃到90℃，被稱(chēng)為低溫?zé)嵋骸?000年，“阿爾文”號(hào)在大西洋中脊附近發(fā)現(xiàn)了方解石等構(gòu)成的“白煙囪”。“白煙囪”就是低溫?zé)嵋旱漠a(chǎn)物，可以形成10米到60米的尖塔。

比深海熱液分布更廣的是冷泉，也就是天然氣水合物的甲烷泄出口。在深海海底高壓低溫的條件下，甲烷很容易被包在水冰分子里，形成天然氣水合物（可燃冰）。但是水合物在海底并不穩(wěn)定，溫度壓力稍有變化就會(huì)放出氣體，形成冷泉。

熱液和冷泉從海底自下而上向海水輸送物質(zhì)，海水自上而下向地殼滲透、海底板塊向下俯沖，在深海海底形成雙向運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)和能量交換。

地球的第二生物圈

熱液生物群也是20世紀(jì)海洋科學(xué)的重要發(fā)現(xiàn)之一。1977年，也就是發(fā)現(xiàn)“黑煙囪”的兩年前，人們?cè)跂|太平洋發(fā)現(xiàn)了熱液生物群。熱液動(dòng)物中，有螃蟹，有30厘米長(zhǎng)的白色大貝殼，還有長(zhǎng)著紅色鰓狀羽、成簇生長(zhǎng)的管狀蠕蟲(chóng)，等等。管狀蠕蟲(chóng)沒(méi)有消化器官，也沒(méi)有口和肛門(mén)，以體內(nèi)共生的硫細(xì)菌進(jìn)行化學(xué)合成為生。在無(wú)陽(yáng)光、無(wú)養(yǎng)分的大洋深處，熱液生物群生存的基礎(chǔ)是細(xì)菌。細(xì)菌依靠熱液的熱量和深源的硫化氫，通過(guò)化學(xué)合成制造有機(jī)物，支撐管狀蠕蟲(chóng)等熱液生物的生存。管狀蠕蟲(chóng)引來(lái)以它們?yōu)槭车能涹w動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)，又為微生物提供生存條件。就這樣，深海水底的“黑暗食物鏈”得以形成。熱液生物群的發(fā)現(xiàn)，顛覆了人們過(guò)去對(duì)生命必須依靠太陽(yáng)才能生存的基本認(rèn)識(shí)。1983年，墨西哥灣深海海底，在水溫只有4.5℃的冷泉口發(fā)現(xiàn)了管狀蠕蟲(chóng)簇，伴有成堆的貽貝、小蝦和海參等，也形成了與熱液口類(lèi)似的“黑暗食物鏈”。

深海探索發(fā)現(xiàn)，不僅太陽(yáng)可以通過(guò)葉綠素的光合作用在氧化環(huán)境下制造有機(jī)物，形成人們熟知的“萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)”的生物圈；在黑暗的深海海底，還存在依靠地球內(nèi)部的地?zé)崮埽ㄟ^(guò)微生物的化學(xué)合成作用，在還原環(huán)境（即沒(méi)有氧氣的同時(shí)存在大量還原性物質(zhì)，如甲烷、硫化物等）制造有機(jī)物的第二生物圈。這個(gè)發(fā)現(xiàn)，對(duì)人們認(rèn)識(shí)和探索生命起源和地外生命產(chǎn)生了重大影響。

深入海底探索地球內(nèi)部

地幔占地球體積的4/5、地球質(zhì)量的2/3。但是，隔著地殼，至今誰(shuí)都沒(méi)有見(jiàn)過(guò)原位地幔的真面目。大陸地殼的平均厚度為30千米左右，大洋地殼的平均厚度只有7千米左右，而深海地殼的平均厚度只有大陸地殼的1/5，所以，可以說(shuō)深海底是距離地球內(nèi)部最近的地表。尤其是洋中脊和俯沖帶深海溝，是地球內(nèi)部和表層交換物質(zhì)和能量的通道，也是人類(lèi)探測(cè)地球內(nèi)部的最佳切入點(diǎn)。

早在60多年前，學(xué)術(shù)界就曾經(jīng)發(fā)起過(guò)鉆穿地殼、探索地幔的“莫霍計(jì)劃”，但由于對(duì)技術(shù)和經(jīng)費(fèi)要求過(guò)高，直到今天這項(xiàng)計(jì)劃還是地球科學(xué)界未圓的夢(mèng)。近年來(lái)，深入海底探索地球內(nèi)部的需求和呼聲逐年增長(zhǎng)。地球系統(tǒng)科學(xué)理論把地球看作“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的完整系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)研究地球表層和深部的相互作用，認(rèn)為地球內(nèi)部的水、碳循環(huán)和地球表層是相互連接的，而且儲(chǔ)量遠(yuǎn)超地球表面。可以相信，隨著科學(xué)研究的深入，從深海探索地球內(nèi)部會(huì)成為科學(xué)界的熱點(diǎn)，人類(lèi)對(duì)深海和地球的認(rèn)識(shí)將進(jìn)一步拓展。

更多閱讀：汪品先《深海探索：更好認(rèn)識(shí)海洋》

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編輯：陳鳳