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科普故事 | 深海底部的科学发现
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- 发布时间：2024-02-28
人们曾经以为，永恒黑暗的深海是没有运动、没有生命的死寂世界。随着探索的深入，人们发现深海不但地形起伏，充盈着水流和生命活动，而且充满了想象不到的奥秘。

深海底部的双向运动

深海热液是20世纪海洋科学的重大发现之一，包括高温热液和低温热液。

1979年，美国的载人深潜器“阿尔文”号在东太平洋进行深潜考察时，发现海底有2米高的“黑烟囱”向上喷出滚滚浓烟。原来，这是渗入地壳的海水与上升的岩浆接触后，形成的富含金属元素的热液，即深海热液。350℃的高温热液向上喷出，在遇到海水冷却沉淀后，所含的硫化物形成了像“黑烟囱”一样的景观。人们由此推测，深海热液是岩浆活动的副产品。此后，又经过30年的探测，全球累计发现500多处活动的热液口，其中，一半分布在板块扩张的大洋中脊，一半分布在板块俯冲的火山弧一带。

除了岩浆活动，上地幔的橄榄岩在洋中脊或者俯冲带出露，与海水发生化学反应，也能产生热量而引起热液活动。不过，这种热液温度只有40℃到90℃，被称为低温热液。2000年，“阿尔文”号在大西洋中脊附近发现了方解石等构成的“白烟囱”。“白烟囱”就是低温热液的产物，可以形成10米到60米的尖塔。

比深海热液分布更广的是冷泉，也就是天然气水合物的甲烷泄出口。在深海海底高压低温的条件下，甲烷很容易被包在水冰分子里，形成天然气水合物（可燃冰）。但是水合物在海底并不稳定，温度压力稍有变化就会放出气体，形成冷泉。

热液和冷泉从海底自下而上向海水输送物质，海水自上而下向地壳渗透、海底板块向下俯冲，在深海海底形成双向运动的物质和能量交换。

地球的第二生物圈

热液生物群也是20世纪海洋科学的重要发现之一。1977年，也就是发现“黑烟囱”的两年前，人们在东太平洋发现了热液生物群。热液动物中，有螃蟹，有30厘米长的白色大贝壳，还有长着红色鳃状羽、成簇生长的管状蠕虫，等等。管状蠕虫没有消化器官，也没有口和肛门，以体内共生的硫细菌进行化学合成为生。在无阳光、无养分的大洋深处，热液生物群生存的基础是细菌。细菌依靠热液的热量和深源的硫化氢，通过化学合成制造有机物，支撑管状蠕虫等热液生物的生存。管状蠕虫引来以它们为食的软体动物和鱼类，又为微生物提供生存条件。就这样，深海水底的“黑暗食物链”得以形成。热液生物群的发现，颠覆了人们过去对生命必须依靠太阳才能生存的基本认识。1983年，墨西哥湾深海海底，在水温只有4.5℃的冷泉口发现了管状蠕虫簇，伴有成堆的贻贝、小虾和海参等，也形成了与热液口类似的“黑暗食物链”。

深海探索发现，不仅太阳可以通过叶绿素的光合作用在氧化环境下制造有机物，形成人们熟知的“万物生长靠太阳”的生物圈；在黑暗的深海海底，还存在依靠地球内部的地热能，通过微生物的化学合成作用，在还原环境（即没有氧气的同时存在大量还原性物质，如甲烷、硫化物等）制造有机物的第二生物圈。这个发现，对人们认识和探索生命起源和地外生命产生了重大影响。

深入海底探索地球内部

地幔占地球体积的4/5、地球质量的2/3。但是，隔着地壳，至今谁都没有见过原位地幔的真面目。大陆地壳的平均厚度为30千米左右，大洋地壳的平均厚度只有7千米左右，而深海地壳的平均厚度只有大陆地壳的1/5，所以，可以说深海底是距离地球内部最近的地表。尤其是洋中脊和俯冲带深海沟，是地球内部和表层交换物质和能量的通道，也是人类探测地球内部的最佳切入点。

早在60多年前，学术界就曾经发起过钻穿地壳、探索地幔的“莫霍计划”，但由于对技术和经费要求过高，直到今天这项计划还是地球科学界未圆的梦。近年来，深入海底探索地球内部的需求和呼声逐年增长。地球系统科学理论把地球看作“牵一发而动全身”的完整系统，强调研究地球表层和深部的相互作用，认为地球内部的水、碳循环和地球表层是相互连接的，而且储量远超地球表面。可以相信，随着科学研究的深入，从深海探索地球内部会成为科学界的热点，人类对深海和地球的认识将进一步拓展。
来源：求是网