《我国学者在深海海底发现大型含氢热液筒群》

  • 来源专题:能源情报网监测服务平台
  • 编译者: 郭楷模
  • 发布时间:2025-04-24
  • 被命名为“崂山”“珠山”“鹿回头”“问海”的热液筒被“奋斗者”载人潜水器开展了近底探查

    在共享航次计划2022年度载人深潜-板块俯冲起始机制重大科学考察实验研究(航次编号:NORC2023-583)(批准号:42249583)资助下,崂山实验室和中国科学院海洋研究所研究人员在孙卫东和张鑫的带领下,在深海极端环境探测领域取得突破,首次在深海发现大型含氢热液筒群。研究成果以“Large hydrogen hydrothermal pipe swarm identified in the deep ocean”为题,在线发表在《Science Bulletin》上。文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209592732500355X

    蛇纹石化驱动的海底热液系统是寻找海底天然氢气的重要构造类型之一。在大西洋中脊Lost City碱性热液系统发现,蛇纹石化反应产生的富含氢气的碱性热液流体,孕育和供养了特殊的深海极端生态系统,也释放了大量清洁能源氢气。目前,仅在紧靠洋中脊转换断层附近发现了由蛇纹石化反应驱动的热液系统,但在深海其他区域至今仍未见也存在该类热液系统的相关报道。

    在NORC2023-583航次调查中,基于高精度多波束扫描,在西太平洋东卡罗琳板块内发现了一系列巨型“麻坑”群。利用“奋斗者”号载人潜水器开展近底探查,观测到非常强烈的热液流体活动。这些麻坑发育在穆绍海沟的俯冲板块之上,距离海沟约80公里,坑体直径在450至1800米,深度在30至130米范围。这些巨型圆坑的坑壁陡峭,底部较平,与常规麻坑形态差异显著,而与“金伯利岩筒”的形态近似,因此这些圆坑被称为“热液筒”,整个圆坑群被命名为“昆仑”热液筒群。原位探测数据表明,昆仑热液流体温度高于18℃,富含氢气组分,浓度约在5.9-6.8 mmol/kg,其喷发的碱性热液流体在碳酸盐补偿深度(CCD)之下形成了巨厚的碳酸盐岩。

    综合探测结果表明该热液筒群是一个由俯冲活动引起的海底深部蛇纹石化反应主导的热液系统,蛇纹石化产生的氢气滋养了以氢气为能量来源的化能生态系统。昆仑热液筒群的发现不仅刷新了对深海热液系统成因机制的认知,其释放的富含氢气组分的碱性热液流体及特殊形态的海底圆坑可为地球早期生命提供稳定、持续的演化环境;同时昆仑热液筒群具有高氢气通量特征,为解析海底深部氢气形成与运移机制,寻找潜在的海底氢能开发区域,提供了理想的天然试验场。

    NORC2023-583航次为支撑西太平洋地球系统多圈层相互作用重大研究计划(简称西太计划)海上调查设立的四个重大科学考察航次之一,该航次主要服务于西太计划核心科学问题(二)西太平洋板块俯冲与地球深部流固相互作用,通过载人潜器开展有关俯冲起始机制研究的深海原位调查。

  • 原文来源:https://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab448/info94816.htm
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    • 近日,国际学术期刊《Journal of Geophysical Research: Oceans》以封面文章形式报道了中国科学院海洋所在西太平洋马努斯弧后盆地的最新研究成果。科研人员通过在超酸性火山-热液系统开展原位综合定量探测和微生物组学分析,发现在全球广泛分布的火山-热液系统中富含氢气,并且孕育了可利用氢气的微生物群落。 深海火山-热液系统主要由海底岩浆挥发性气体与海水直接混合或者海底火山爆发形成,是一种典型的“白烟囱”,并在全球分布广泛。与此同时,火山-热液系统也孕育了独特的生物群落,但是其生物的代谢过程与流体之间的关系尚不明确,而传统“先取样后常温常压的分析”方式会造成热液流体组分和参数发生明显变化,因此开展原位探测,获取流体的原位参数是研究二者关系的重要保障。 因此,中国科学院海洋研究所张鑫研究员团队和孙黎研究员团队开展合作,以西太平洋马努斯弧后盆地DESMOS火山口发育的火山-热液系统为研究靶区,利用“发现”号ROV在该火山口的Onsen喷口区和航次中新发现的Faxian溢流区分别开展了原位拉曼综合探测以及流体和生物的保真取样。结果发现由安山岩组成的Onsen区域形成的超酸性(pH:2.17)高温流体含有大量H2(8.56 mmol/kg)。而同一火山口的Faxian溢流区的中性低温流体却不含H2而富含H2S(7.78 mmol/kg)。针对这一特殊现象,研究团队基于上述原位定量结果和热力学模拟计算,认为两个区域由于海水混合程度的差异发生了不同的流体-岩石相互作用。通过进一步对Onsen和Faxian的样品进行微生物组学分析,发现Onsen和Faxian存在不同的微生物群落,Onsen区域的微生物可以利用氢气,而在Faxian区域微生物主要以氧化硫化氢作为能量来源。这些结果表明,在火山热液系统,即便是同一岩浆来源的流体也会孕育不同的微生物群落。 上述研究发挥了深海激光拉曼原位定量探测的优势,实现了海洋探测技术、海洋地质学、海洋生物学的交叉融合。本航次基于激光拉曼原位定量探测技术,首次报道了火山作用主导的超酸性火山-热液系统的氢气浓度可达到毫摩尔级,并为其孕育的化能生态系统提供了重要的物质来源。以往富氢气流体(毫摩尔级)主要是由超基性岩和基性岩发生蛇纹石化反应形成。大西洋“Lost City”碱性热液系统(流体pH:9~11)由于蛇纹石化反应产生大量氢气(1~15 mmol/kg),为早期生命提供了重要场所,但是全球碱性热液系统目前只有“Lost City”一处,不具有普适性。而地球早期海底火山作用频繁,孕育了广泛分布的酸性火山-热液系统,该研究对我们探索生命起源具有重要的启示意义。 中国科学院海洋研究所特别研究助理席世川和副研究员孙庆磊为文章共同第一作者,张鑫研究员为文章通讯作者,合作作者包括栾振东正高级工程师、杜增丰副研究员、李连福特别研究助理、南方科技大学黄瑞芳博士。研究得到了国家自然科学基金、中国科学院A类战略性先导专项等项目联合资助,以及“科学”号、“发现”号ROV运维团队的支持。 相关成果及链接如下: Xi, S., Sun, Q., Huang, R., Luan, Z., Du, Z., Li, L., & Zhang, X*. (2023). Different magmatic–hydrothermal fluid components support distinct microbial communities: evidence from in situ detection. Journal of Geophysical Research-Oceans, 128, e2023JC019703. https://doi.org/10.1029/2023JC019703
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    • 编译者:徐冰烨
    • 发布时间:2025-09-27
    • 新型热液系统将两种海底现象联系起来2025年9月19日/基尔。由基尔GEOMAR Helmholtz海洋研究中心领导的一个国际研究小组在巴布亚新几内亚海岸的海底发现了一个全球独特的系统。在研究船SONNE上探险期间,他们遇到了“Karambusel”油田,那里的热液喷口和甲烷纾吸直接相邻。这一发现不仅对地质学很重要,而且对深海社区的发展也提供了新的见解。描述这一发现的研究今天发表在《科学报告》杂志上。在巴布亚新几内亚海岸附近,研究人员发现了一种新型的热液场,其中两个过程同时发生:释放热热液和异常大量的甲烷和其他碳氢化合物。这种组合使该系统在全球范围内独一无二。它位于巴布亚新几内亚利希尔岛外的西太平洋圆锥形海山一侧,深度约为1300米。一项关于这一发现的研究今天发表在《科学报告》上。 ROV带来惊喜 GEOMAR Helmholtz海洋研究中心基尔的海洋地质学家Philipp Brandl博士说:“我们基本上有一个热通风口,就在冷气体的排气旁边冒泡——这种组合以前从未被描述过。”他担任SONNE探险队SO299 DYNAMET的首席科学家,该探险队于2023年探索了Tabar-Lihir-Tanga-Feni岛链,以研究该地区的水下火山(海山)。 Brandl继续说:“没有人真正想到在这里能找到一个热液场,更不用说这么特殊的了。”尽管之前的探险表明了轻微的热液活动,但在几次研究巡航中,该油田仍未被发现。只有通过使用ROV Kiel 6000,才能揭示这种水下景观的特殊性。“这真是一个惊喜,”Brandl说,“特别是对于我们这些在这个领域多次工作的人来说。” 冷热通风口的混合系统 热液喷口和甲烷纾入通常发生在海底的不同地方。然而,在这种情况下,由于锥形海山独特的地质,它们非常接近,火山结构下有含有有机物质的厚沉积层。上升的岩浆加热了这些层,产生了甲烷和其他碳氢化合物。与此同时,这种岩浆热也推动富含矿物质的流体向上,它们在海底以热喷口的形式出现。 两种流体——来自深度的热水和来自沉积物的较冷、富含甲烷的气体——都沿着同一路径前往地表。因此,热流体和冷气体从海底冒出,相距只有几厘米。 不同于其他栖息地 这个直接的社区创造了一个全新的杂交环境,为极其多样化的动物提供了栖息地。密集的贻贝、管状蠕虫、虾、两足类动物和醒目的紫色海参覆盖了岩石。Brandl说:“在有些地方,你看不到一块岩石,因为一切都人口太密集了。”“我们确信那里的一些物种还没有被描述。然而,需要一支专门的探险队来全面研究这个独特的栖息地。” 由于贻贝的丰富性,科学家们与巴布亚新几内亚大学的当地观察员Stanis Konabe一起将该田地命名为“Karambusel”。在当地托克皮辛语中,这的意思是“贻贝”。 岩石中贵金属的痕迹 卡蘭布塞尔场不寻常的气体成分影响了生命群落和地质特征。排放的甲烷浓度很高,超过80%,而热流体同时从岩浆中上升,在地下创造出独特的化学条件。金和銀等金屬,以及砷、锑和汞等元素沉積在岩石中。因此,该地区带有涉及贵金属的早期高温阶段的痕迹,以及当前的冷却活动。 来自人类活动的威胁 尽管地质和生物学很独特,但这个地方正受到威胁。该地区已经在进行采矿,例如,在利希尔的拉多拉姆金矿,那里的废物和残留物被排入大海。海底矿物和碳氢化合物的勘探许可证也存在。这危及脆弱的栖息地及其高度专业化的动物群。 因此,研究人员呼吁紧急进一步研究、有针对性的海洋空间规划和有效的保护措施,以保护这种非凡的生态系统。Philipp Brandl:“我们在Karambusel油田发现了一个意想不到的生物多样性宝库,在经济利益破坏之前,需要保护它。”