海底是“漏”的

海底“黑煙囪”

最近，我國(guó)科學(xué)家在執(zhí)行中國(guó)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(gè)新的海底“黑煙囪”——位于海底的富含硫化物的高溫?zé)嵋夯顒?dòng)區(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(lái)的93個(gè)增加到了97個(gè)。

大洋中脊隆起于洋底中部，并貫穿整個(gè)世界大洋；為地球上最長(zhǎng)、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(zhǎng)達(dá)8萬(wàn)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(dòng)最頻繁的地帶，經(jīng)常發(fā)生火山活動(dòng)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(lái)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(guó)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(lái)越高!原來(lái)，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(gè)個(gè)“黑煙囪”聳立在海底。這些“黑煙囪”一天可以長(zhǎng)30厘米；但長(zhǎng)得快、倒得也快。這可真使人大開了眼界：原來(lái)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?gòu)暮５讎姵鰰r(shí)便形成了“黑煙囪”。更為有趣的是，在如此“暗無(wú)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(zhǎng)神速；一無(wú)口腔、二無(wú)肛門，全靠一肚子共生硫細(xì)菌提供營(yíng)養(yǎng)的管狀蠕蟲可長(zhǎng)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(gè)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(huì)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(wú)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(dòng)。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(gè)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?cè)缫崖裨诘叵?，有的已是“高壽?shù)百萬(wàn)歲”的“老壽星”。面對(duì)“水深火熱”的環(huán)境，它們?cè)诎禑o(wú)天日的巖石縫隙中長(zhǎng)期“休眠”：但只要一有巖漿活動(dòng)給它們帶來(lái)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(lái)，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。可見大洋底下的地下水，宛如“海洋下的海洋”，其中地下水也照樣流動(dòng)，流速至少每年30米。

到海底去觀測(cè)地球

到野外進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣，回實(shí)驗(yàn)室開展研究分析，這是多少年來(lái)的科學(xué)傳統(tǒng)。但是，海底熱液的許多屬性采樣回來(lái)就變了：深海的許多生物，捕上來(lái)也就死了；甚至本來(lái)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(lái)，把觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)儀器放到海底去，進(jìn)行長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)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(guó)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(duì)環(huán)境變化作出預(yù)測(cè)，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(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。

例如，科學(xué)家們?cè)缇椭?，深海海底的泥土?lái)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(gè)“杯子”，以此來(lái)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(lái)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(cè)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(cè)。

海底觀測(cè)網(wǎng)

人類是從地面和海面開始觀測(cè)和認(rèn)識(shí)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(gè)觀測(cè)平臺(tái)。20世紀(jì)出現(xiàn)的人造衛(wèi)星和遙測(cè)遙感技術(shù)，開辟了又一個(gè)全新的對(duì)地觀測(cè)的平臺(tái)，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(shí)地球的視野。對(duì)這些全新的成礦過程，對(duì)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(shí)。而這種認(rèn)識(shí)只能到海底去取得，在海底這一地球科學(xué)的第三個(gè)觀測(cè)平臺(tái)上進(jìn)行。

在海洋中進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)遇到的一個(gè)大難題是，如何確保能源供應(yīng)和信息回收。你可能會(huì)說(shuō)：這很簡(jiǎn)單，定期派船只前往觀測(cè)點(diǎn)更換電池并取回觀測(cè)記錄就是了。然而，諸如臺(tái)風(fēng)、海嘯的預(yù)警，要的卻是實(shí)時(shí)觀測(cè)的信息。而此時(shí)對(duì)船只航行來(lái)說(shuō)，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(cè)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(dòng)化觀測(cè)，并能隨時(shí)獲取實(shí)時(shí)觀測(cè)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(cè)風(fēng)暴、地震、海底噴發(fā)等各種突發(fā)事件；將來(lái)還能讓人們通過電視屏幕像看一場(chǎng)足球賽那樣觀賞海底火山的噴發(fā)。他們能長(zhǎng)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(duì)地球的認(rèn)識(shí)和探索也是無(wú)止境的。