《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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    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2023-07-08
    • 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:mall
    • 发布时间:2017-10-17
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