海底“黑煙囪”

最近，我國科學(xué)家在執(zhí)行中國大洋科考第19航次的任務(wù)中，在西南印度洋中脊成功發(fā)現(xiàn)了4個新的海底“黑煙囪”——位于海底的富含硫化物的高溫?zé)嵋夯顒訁^(qū)，并取回了珍貴樣本。這是世界上首次在西南印度洋底發(fā)現(xiàn)熱液噴口。這一科考成果的取得，使全球已發(fā)現(xiàn)的海底“黑煙囪”由原來的93個增加到了97個。

大洋中脊隆起于洋底中部，并貫穿整個世界大洋；為地球上最長、最寬的環(huán)球性海底山系。在太平洋，其位置偏東．稱東太平洋海隆，也叫東太平洋海嶺。大西洋中脊呈“S”形，與兩岸近于平行，向北可延伸至北冰洋。印度洋中脊分3支，呈“人”字形。三大洋的中脊在南半球互相連接，總長達(dá)8萬公里，面積約1．2億平方公里，占世界海洋總面積的1／3。

大洋中脊的脊部通常高出兩側(cè)洋底1—3公里，脊頂水深大多為2—3公里，少數(shù)山峰出露于海面形成島嶼，著名的冰島就是其中之一。大洋中脊是地殼活動最頻繁的地帶，經(jīng)常發(fā)生火山活動和地震；大洋中脊是洋底擴(kuò)張的中心和新地殼產(chǎn)生的地帶。熔融的巖漿沿著脊軸不斷上升，凝固成新的洋殼．并以每年1—5厘米的速度不斷向兩側(cè)擴(kuò)張推移。大洋中脊也是多少億年來地球內(nèi)部能量向外釋放的通道，是地球深部通向表層系統(tǒng)的窗口。

眾所周知，海洋中越到深處海水的密度越大，因此，海水的溫度也總是越往下越低。但是，1977年，美國的一艘深潛器在東太平洋下潛時(shí)，卻吃驚地發(fā)現(xiàn)水溫越來越高!原來，這里的大洋中脊有溫度高于300℃且富含硫化物的熱液如“黑煙”般地在噴出。這些高溫?zé)嵋豪鋮s后形成一個個“黑煙囪”聳立在海底。這些“黑煙囪”一天可以長30厘米；但長得快、倒得也快。這可真使人大開了眼界：原來海底是“漏”的!

黑暗食物鏈

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)海水“漏”到海底以下2000-3000米．并和那里的巖漿相互作用，形成富含硫化物的黑色熱液，再從海底噴出時(shí)便形成了“黑煙囪”。更為有趣的是，在如此“暗無天日”的“水深火熱”之中，竟然存在著以熱液區(qū)中的硫細(xì)菌為基礎(chǔ)，以管狀蠕蟲為代表的生物群，構(gòu)成了深海中的“黑暗食物鏈”。與我們司空見慣的依靠植物的光合作用生存的陸地生物不同，它們依靠地?zé)岬闹С?，通過化學(xué)合成生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)，而且生長神速；一無口腔、二無肛門，全靠一肚子共生硫細(xì)菌提供營養(yǎng)的管狀蠕蟲可長達(dá)3米。

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)．海底分布著一種叫“可燃冰”的奇怪的礦物，它是將甲烷分子鎖在冰的品格里形成的。當(dāng)溫度低于7℃、壓力大于50個大氣壓時(shí)，它能保持穩(wěn)定：但一旦溫度升高或壓力減小，它就會融化并釋出164倍體積的甲烷。專家估計(jì)，全球“可燃冰”中的碳，可能相當(dāng)于包括石油、天然氣和煤在內(nèi)的所有礦物燃料所含碳的總和。它無疑是21世紀(jì)潛在的新能源。當(dāng)“可燃冰”中的甲烷緩慢釋出時(shí)，這出口就成為海底的“冷泉”，并在其周圍形成碳酸鹽結(jié)殼；產(chǎn)生又一不依靠光合作用的“冷泉生物群”，形成了和熱液口一樣的“黑暗食物鏈”。

海洋下的“海洋”

其實(shí)，深海海底還有其他種類的液體析出，還有其他類型的“黑暗食物鏈”存在。但不論是熱液還是冷泉，不論是海底礦物還是海底生物群的形成，其基礎(chǔ)都是微生物的活動。處在“黑暗食物鏈”底層的，是利用地?zé)徇M(jìn)行化學(xué)合成的硫細(xì)菌。

然而，更多的微生物實(shí)際上生活在海底之下的巖層中，構(gòu)成所謂的“深部生物圈”。這些原核生物個體極為細(xì)小，數(shù)量卻極其龐大。專家估計(jì)，它們約占全球微生物總量的2／3。它們早已埋在地下，有的已是“高壽數(shù)百萬歲”的“老壽星”。面對“水深火熱”的環(huán)境，它們在暗無天日的巖石縫隙中長期“休眠”：但只要一有巖漿活動給它們帶來熱量與揮發(fā)物，它們就立刻充滿活力，甚至從熱液口噴出，形成“雪花”奇觀。

1996年2-3月間，東太平的洋胡安·德富卡中脊南端，因發(fā)生噴涌而引起微生物勃發(fā)，科學(xué)家在噴涌而出的水樣中，發(fā)現(xiàn)了從未在海水中見過的特殊微生物，從而證明了“深部生物圈”的存在。十多年來，科學(xué)家進(jìn)行了多次大洋鉆探，發(fā)現(xiàn)海底地下水的水壓力和水溫，明顯地隨著海面的潮汐周期性地升降，而且各海底鉆井之間的水位也相互連通?？梢姶笱蟮紫碌牡叵滤?，宛如“海洋下的海洋”，其中地下水也照樣流動，流速至少每年30米。

到海底去觀測地球

到野外進(jìn)行現(xiàn)場采樣，回實(shí)驗(yàn)室開展研究分析，這是多少年來的科學(xué)傳統(tǒng)。但是，海底熱液的許多屬性采樣回來就變了：深海的許多生物，捕上來也就死了；甚至本來呈團(tuán)粒狀的深海沉積物顆粒，一經(jīng)采樣也就散了。使得最終的分析結(jié)果，都不是海底的真實(shí)情況。新的科學(xué)研究方向是倒過來，把觀測和實(shí)驗(yàn)儀器放到海底去，進(jìn)行長期現(xiàn)場觀測和即時(shí)實(shí)地分析。

迄今為止，人類最深的潛水紀(jì)錄是在1960年1月23日，一位瑞士工程師和一名美國軍官乘坐深潛器，下潛到了10916米深的馬里亞納海溝，在那里呆了20分鐘。但是，現(xiàn)代地球科學(xué)被要求能對環(huán)境變化作出預(yù)測，這就使得科學(xué)家不能滿足于諸如此類的短暫的探險(xiǎn)、考察，而要進(jìn)行長期的現(xiàn)場觀測。

例如，科學(xué)家們早就知道，深海海底的泥土來自地球表層，他們一直認(rèn)為這是一種緩慢、均勻的過程．就像空氣里的雨點(diǎn)那樣降到海底。1978年，海洋科學(xué)家發(fā)明了“沉積捕獲器”，他們把下面裝有杯子的“漏斗”投放到海水深層，每隔幾天換一個“杯子”，以此來觀察沉積顆粒究竟是怎樣降到海底的。結(jié)果大出意外：有的杯子幾乎是空的。這意味著海洋里的沉積作用平時(shí)微乎其微．來時(shí)如疾風(fēng)暴雨，是突發(fā)性的而不是緩慢均勻的。顯然，只有通過過程觀測才能揭示環(huán)境變化的機(jī)理，才有可能作出正確的預(yù)測。

海底觀測網(wǎng)

人類是從地面和海面開始觀測和認(rèn)識自己居住的這顆星球的。所以，地面和海面是地球科學(xué)的第一個觀測平臺。20世紀(jì)出現(xiàn)的人造衛(wèi)星和遙測遙感技術(shù)，開辟了又一個全新的對地觀測的平臺，使人類能夠獲取全球性的地球表層的信息?！吧畈可锶Α钡陌l(fā)現(xiàn)，大大拓展了人類認(rèn)識地球的視野。對這些全新的成礦過程，對這些完全陌生的深海生物世界，我們完全缺乏了解，有許多問題有待我們?nèi)フJ(rèn)識。而這種認(rèn)識只能到海底去取得，在海底這一地球科學(xué)的第三個觀測平臺上進(jìn)行。

在海洋中進(jìn)行連續(xù)觀測遇到的一個大難題是，如何確保能源供應(yīng)和信息回收。你可能會說：這很簡單，定期派船只前往觀測點(diǎn)更換電池并取回觀測記錄就是了。然而，諸如臺風(fēng)、海嘯的預(yù)警，要的卻是實(shí)時(shí)觀測的信息。而此時(shí)對船只航行來說，恰恰是最不安全的時(shí)候。a

進(jìn)入新世紀(jì)后，科學(xué)家開始在海底布設(shè)觀測網(wǎng)。他們用海底電纜或光纖供應(yīng)能量并收集信息，實(shí)施能連續(xù)多年的自動化觀測，并能隨時(shí)獲取實(shí)時(shí)觀測信息。徹底擺脫了電池壽命、航行安全和數(shù)據(jù)遲到等種種局限。他們能在陸上通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)暴、地震、海底噴發(fā)等各種突發(fā)事件；將來還能讓人們通過電視屏幕像看一場足球賽那樣觀賞海底火山的噴發(fā)。他們能長期、近距離地觀察神秘的深海生物群，把大洋深處種種令人不可思議的事物展現(xiàn)在我們面前。

海底是“漏”的，人類對地球的認(rèn)識和探索也是無止境的。