冷泉：冰与火之歌 奏响深蓝世界的生命交响曲

在长久以来被认为是生命禁区的深海冻土中，蕴藏着一种独特的天然气水合物——可燃冰。它是甲烷在极端寒冷与高压的环境之下，被水分子紧紧拥抱，形成的闪亮冰晶。这些冰晶不仅像宇宙尘埃般闪烁，还孕育出了深海中的奇妙景象，为我们展示了一个前所未见的神秘世界。

 

图1 海底冷泉（图片来源：noaa）

 

在可燃冰中硫化氢与甲烷不断地喷涌下，深海“居民们”迎来了一场绚烂的能量盛宴。这些生命体，不依赖阳光，却能在化学反应的能量魔法下茁壮成长，孕育出一个神奇的生命舞台——深海冷泉区。在这里，可燃冰和它周围的生态“舞者”们，奏响了深蓝世界的生命之歌，共同上演了一出生命力与自然奇迹共存的宏大史诗，生命由此开始了新的篇章。

 

一、神秘的海底冷泉

 

那么什么是海底冷泉？海底冷泉是在特定的温度和压力下，诸如甲烷、硫化氢和其他富含碳氢化合物的流体或气体等化学物质从海底深处沿着一定的通道以喷涌或渗透方式溢出，继而产生一系列物理、化学和生物作用的地方。由于形态上酷似陆地的泉口，且温度一般在3-5℃，远低于早期发现的深海“热泉”（又称海底热液），所以科学家称其为“冷泉”。冷泉生态系统是研究地球深部生物圈的重要窗口，同时也是探寻天然气水合物的重要标志之一。

 

图2 冷泉形成的碳酸盐生物群落（图片来源：noaa）

 

二、深海中的生命奇迹

 

1.冷泉生态系统，藏在海底的生命绿洲

在千米以下深海中，很少生物能在缺乏光线和温度的条件下生存，然而在幽暗的海底深处，却隐藏着一个令人眼花缭乱的生命绿洲——冷泉生态系统。从微小的化能合成微生物到管虫、贻贝等复杂生物体，冷泉生态系统构建了一个错综复杂且自给自足的生态网络，在黑暗贫瘠的深海中呈现出一片生机盎然的景象。

 

图3 典型冷泉生物群落（图片来源：中国测绘学会）

 

2.化能合成微生物，大自然的魔法师

在这个遗世独立的海底王国中，生活着一群不同寻常的居民——化能合成微生物。它们如同大自然的神奇魔法师，将“冷泉”释放出的甲烷、硫化氢和二氧化碳等看似毫无生命迹象的物质转化为神秘的生命能量。这些微生物不依赖阳光，只需吮吸冷泉释放的化学精粹即可茁壮成长，成为这片深海绿洲的守护神，维系着整个生态系统的生命之轮持续转动。

 

图4 “冷泉”生态系统管状蠕虫群落（图片来源：广州海洋地质调查局）

 

3.可燃冰，既是英雄也是反派

可燃冰是深海冷泉区最重要的角色，它既是这里的英雄，也是反派。说它是英雄，它就像深海的电容器，充满了能量，随时准备为生态系统注入活力，但同时，可燃冰又是一个大反派，它可能对全球气候环境造成威胁。可燃冰的主要成分是甲烷，这是一种拥有超能力的温室气体，其力量远超二氧化碳。可燃冰崩解将会释放大量甲烷进入海水和大气，引起海水酸化，加剧全球气候变暖。

 

图5 可燃冰试采（图片来源：新华社）

 

三、南海冷泉的发现

 

我国的冷泉研究始于2002年，经过近三十年的发展，在冷泉探测方面取得了一些重要的成果。2015年，“海马”号深海遥控无人潜水器在珠江口盆地西部海域发现了海底巨型活动性冷泉——“海马冷泉”。这是我国首次在南海发现的具有世界级规模的冷泉系统，也是目前全球已知最大的冷泉系统之一。该冷泉区域面积约为100平方公里，流体喷涌速度高达每秒10升，流体中甲烷含量高达99.5%，并伴有大量的可燃冰、自生碳酸盐岩和丰富的冷泉生物群落。

 

图6 全球热液和冷泉分布示意图（图片来源：中国科学院）

 

在我国，已初步确认的近海冷泉区主要有7个，除了位于东海冲绳海槽的1个冷泉区外，其余6个冷泉均分布在南海海域。这些发现的冷泉区域仿佛是大自然精心绘制的藏宝图，揭示着无尽的可能性和潜在的能源宝藏，对于研究我国海域深部地质构造、油气成藏规律和生物多样性等具有重要的科学意义。

 

四、深蓝世界的馈赠

 

1.寻找清洁能源的标志

可燃冰，即天然气水合物，是目前国际上有机碳含量最高的能源，占了全球有机碳总量的53.3%，是煤、石油、天然气等化石燃料的两倍。它不仅能量密度高、燃烧值大，而且燃烧过程中清洁无污染，被认为是一种极具潜力的清洁能源。海底冷泉作为探寻可燃冰的重要标志之一，为我们揭示了能源利用的新前景，有助于全球能源转型和环境保护。

 

2.探索生命奥秘的钥匙

海底冷泉生态系统颠覆了我们对生命能够存在的环境的传统认知，展现了在遥远深海，生命如何利用化能合成技巧，在没有阳光的环境中繁衍生息的奇妙世界。这些发现不仅丰富了对生命多样性的理解，还为我们研究深海生命起源和地球环境变化提供了宝贵的机会。

 

3.研究全球气候变化的窗口

海底冷泉是大气中甲烷的重要自然来源之一，据估算，每年从冷泉中渗漏到海洋的甲烷总量可达到40万～1220万吨。当这些温室增温潜力极大的甲烷进入海水和大气时，将会加剧全球气候变暖。探索研究海底冷泉的演化过程，能够帮助我们更好地理解气候变化，从而有效地应对全球变暖带来的挑战。

深海冷泉的无穷奥秘正期待着更多的科学家和研究者能够投身于这一领域，探索海洋的奥秘，为人类社会的可持续发展作出贡献。

（2024年地球科学科普作品大赛获奖作品）

 

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编辑：张希阳

校对：张     凡

审核：陈   萍