深海的綠洲——海底冷泉
在海洋的深處有著與陸地上一樣的泉眼，它就是海底冷泉。海底冷泉會(huì)滋養(yǎng)周?chē)纳铮瑸楹５住盎哪睅?lái)一片“綠洲”。
冷泉的形成和探尋
冷泉是指海底氣體、液體和沉積物組成的流體泄漏或噴涌的現(xiàn)象，主要由碳?xì)浠衔?、硫化氫、液化沉積物等組成，溫度與底層海水相近或略高。冷泉是繼海底熱液之后的又一重大發(fā)現(xiàn)，二者都反映了海底的極端環(huán)境。
影響海底冷泉發(fā)育形成的主要因素包括：海底沉積物埋藏或者沉積物滑動(dòng)、運(yùn)移及重新沉積；全球氣候變化、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的海平面升降，導(dǎo)致海底壓力和溫度的變化；海底底層水變暖或溫鹽環(huán)流變化等。冷泉形成時(shí)常常會(huì)伴隨大量自生碳酸鹽巖、生物群落、泥火山、麻坑、泥底辟等較為宏觀的地質(zhì)現(xiàn)象，這些是探尋冷泉的主要標(biāo)志。
冷泉是目前地球科學(xué)的研究熱點(diǎn)，它大多發(fā)育在板塊邊界、火山弧和大陸邊緣。早在1983年，在墨西哥灣佛羅里達(dá)陡崖3200米深處就發(fā)現(xiàn)了海底冷泉。1984年，在俄勒岡州岸邊俯沖區(qū)又發(fā)現(xiàn)了甲烷滲透流，之后在太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋活動(dòng)和被動(dòng)大陸邊緣1400米-3500米深處發(fā)現(xiàn)了數(shù)十個(gè)冷泉。
冷泉的觀測(cè)與研究
海底冷泉的研究方法主要有海底地質(zhì)現(xiàn)象分析、海洋地球物理探測(cè)、海底原位探測(cè)技術(shù)、地球化學(xué)法、冷泉生物群落研究法等。
海洋地球物理探測(cè)手段有多波束測(cè)深、旁側(cè)聲吶掃描、淺地層剖面觀測(cè)、海底可視觀測(cè)等。
海底原位探測(cè)技術(shù)是將海底作為天然實(shí)驗(yàn)室，借助浮標(biāo)、錨系、ROV、AUV等設(shè)備，直接觀測(cè)海底沉積物、流體。
地球化學(xué)法主要包括孔隙水化學(xué)分析、冷泉碳酸鹽分析以及沉積物元素分析?？紫端瘜W(xué)分析是海底天然氣水合物形成過(guò)程中導(dǎo)致孔隙水淡化，富烴類(lèi)流體向海底運(yùn)移時(shí)會(huì)使一些離子出現(xiàn)異常，通過(guò)分析這些異?？梢耘袛嗬淙幕顒?dòng)。冷泉碳酸鹽巖是冷泉滲漏的產(chǎn)物，也是判斷冷泉是否存在的重要標(biāo)志，冷泉碳酸鹽巖的碳同位素常是極端的負(fù)異常，而氧同位素常表現(xiàn)為正異常。沉積物分析是對(duì)海底表層沉積物的組分、沉積速率等進(jìn)行研究，從而探討冷泉形成的影響因素。
冷泉生物群落研究法是通過(guò)研究冷泉中的生物來(lái)研究流體流動(dòng)方向和大小等特性，如分布于硫化物與沉積物界面附近的菌席所形成的斑塊可指示流體的位置和流體的規(guī)模，是冷泉流體強(qiáng)烈上涌的標(biāo)志。
冷泉與天然氣水合物
冷泉與碳?xì)浠衔锏倪\(yùn)移逃逸有關(guān)，常常伴生泥火山、麻坑、甲烷羽狀流等地質(zhì)現(xiàn)象。
泥火山是由泥漿與氣體噴涌不斷堆積形成的隆起微地貌，它多扎根于成熟的油氣系統(tǒng)，噴發(fā)出的氣體為甲烷，在其周?chē)０l(fā)現(xiàn)天然氣水合物聚集。
麻坑則是下伏地層活動(dòng)流體在海底滲漏逃逸形成的侵蝕結(jié)構(gòu)，呈圓形、橢圓形、新月形等不規(guī)則形態(tài)，直徑可達(dá)數(shù)千米，深度幾百米，它們單獨(dú)或成簇出現(xiàn)指示了大量流體從沉積物中逃逸到海水中，麻坑的出現(xiàn)也與水合物密切相關(guān)。
這些地質(zhì)現(xiàn)象通常與冷泉伴生，可以很好地判斷和探尋埋藏在海底深處的天然氣水合物氣藏。
冷泉生態(tài)系統(tǒng)
深海海底是一種極端環(huán)境，一般是沒(méi)有太多生物的，不過(guò)冷泉的出現(xiàn)為海底帶來(lái)了生機(jī)。在海底冷泉周?chē)绕涫菄娍诟浇ǔ?huì)存在致密而多樣的微生物和動(dòng)物群落，排放的流體使其衍生出獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)，這就是冷泉生態(tài)系統(tǒng)。
冷泉生態(tài)系統(tǒng)是海底冷泉形成的重要生物群落，也是發(fā)現(xiàn)海底冷泉非常直接的標(biāo)志?；芎铣杉?xì)菌在冷泉生態(tài)系統(tǒng)中扮演著十分重要的作用，因?yàn)楹５讻](méi)有光，無(wú)法進(jìn)行光合作用，化能合成作用便成了這里能量來(lái)源的唯一方式。其中，最主要的細(xì)菌就是甲烷厭氧化古菌和硫酸鹽還原菌。他們利用冷源流體中甲烷和硫酸鹽，將硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化物等還原性物質(zhì)，并在其他細(xì)菌的配合下把無(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)化為糖類(lèi)，為生態(tài)系統(tǒng)提供了最初的物質(zhì)基礎(chǔ)，并以此發(fā)育菌席、深海雙殼類(lèi)、蠕蟲(chóng)多毛類(lèi)動(dòng)物以及海星、海膽、海蝦等，最終為荒涼的海底創(chuàng)造出綠洲。
冷泉的分布與研究現(xiàn)狀
隨著海洋調(diào)查技術(shù)的不斷提高，對(duì)海底冷泉的研究也逐漸從淺水區(qū)走向深海。在大洋擴(kuò)張中心、匯聚板塊邊界、被動(dòng)和主動(dòng)大陸邊緣、弧前盆地等地以及熱帶海域到兩極地區(qū)均發(fā)現(xiàn)了冷泉。其中，現(xiàn)代活動(dòng)冷泉主要分布在太平洋的活動(dòng)俯沖帶上。目前，發(fā)現(xiàn)的冷泉區(qū)域有墨西哥灣布什海山、水合物脊、哥斯達(dá)黎加增生楔、布萊克海臺(tái)、圣塔芭芭拉海峽、紅海、北極陸架、黑海、中國(guó)南海等。
不同海域發(fā)育的冷泉地貌和生態(tài)系統(tǒng)也各不相同。研究程度最深的冷泉區(qū)域包括阿留申群島、卡斯卡迪亞、巴巴多斯、俄勒岡州沿岸和墨西哥灣等地區(qū)。
目前，冷泉的研究主要集中在冷泉與天然氣等能源的關(guān)系上，對(duì)于冷泉的形成機(jī)制、冷泉碳酸鹽以及冷泉生態(tài)系統(tǒng)等方面的研究有欠缺。例如冷泉系統(tǒng)中的白云巖形成機(jī)理、甲烷缺氧氧化過(guò)程中對(duì)甲烷消耗量、甲烷來(lái)源、冷泉周?chē)锏纳盍?xí)性、多樣性、獨(dú)特性對(duì)冷泉的影響等還需要更多的研究。
在研究方法上，對(duì)冷泉的研究主要為地球化學(xué)的元素分析以及地球物理方法的探測(cè)，這些手段具有一定的局限性，要想更加徹底地開(kāi)展研究還需要找到其他手段來(lái)輔助。
（依托項(xiàng)目：DD20230416陸海統(tǒng)籌基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查成果融合表達(dá)關(guān)鍵技術(shù)）
（作者單位：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局自然資源綜合調(diào)查指揮中心)
來(lái)源：中國(guó)礦業(yè)報(bào)
