《PNAS:盐底辟控制的深海绿洲促进了冷泉的形成》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2024-07-14
  • 由加拿大圣玛丽大学主导的一项研究提出了一个新的冷泉形成和调节机制,证明了具有高度生物多样性的深海冷泉可以通过产甲烷的古菌活动,增强深部生物圈,导致生物成因甲烷的增加。

    冷泉是深海环境中生物多样性极高的生态系统,由从海底喷出的硫化氢、甲烷和其他富含碳氢化合物的流体组成。深海冷泉是地球碳循环的一个重要组成部分,在这个碳循环系统中,地下碳氢化合物为原本广袤无垠的海域中种类繁多的底栖微生物、大型动物提供了能量来源。

    研究结合了3D地震调查、自动水下航行器(AUV)巡航、遥控潜水器(ROV)调查、以及气体采样和地球化学分析等多种方法,以加拿大斯科舍大陆边缘(Scotian Margin)的被动大陆边缘冷泉为对象。加拿大斯科舍大陆边缘是一个大型的盐构造系统,许多冷泉发生在盐构造区之上,盐底辟运动产生了复杂的断层系统,这些断层系统可使流体迁移或形成与储层形成有关的密封和圈闭。盐丘的热传导性较高,能够在其上方产生所谓的“盐丘效应”(salt chimney effect),导致地热对流,从而影响上方的流体流动。

    本研究提供了地球物理和地球化学证据,证明盐烟囱效应与底辟断裂共同推动了地下水循环系统,该系统将溶解的无机碳、富含营养的深层基底流体以及潜在的上覆海水带到深埋盐底辟顶部。流体促进了产甲烷古细菌的生长,从而增强了深层生物圈的繁荣,由此增加了生物甲烷的产量。(於维樱 编译)

  • 原文来源:https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2316878121
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  • 《BR:滑坡对深海冷泉活动的控制作用研究取得新进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
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    • 近日,中国科学院深海科学与工程研究所深海地球物理与资源研究室王吉亮副研究员与合作者在国际地学期刊Basin Research发表题为Submarine fluid flow system feeding methane emission in the northern South China Sea的研究成果,研究琼东南盆地支撑冷泉活动的海底流体活动系统结构特征和发育演化规律,揭示了海底滑坡对冷泉活动性的控制作用。 冷泉活动是地球跨圈层物质循环和能量交换的重要方式,能够支撑独特的化能合成生态系统,冷泉释放的甲烷会造成海水酸化甚至影响全球气候变化。最新探测表明,冷泉活动在深海环境中(水深 > 500 m)广泛存在,与浅海相比,深海地层甲烷在到达海底之前首先经过水合物稳定带。传统认为甲烷在稳定带内会形成水合物,降低地层渗透性,阻碍甲烷的垂向运移。目前对于地层甲烷如何穿过水合物稳定带的过程和机理的认识仍很不足。 针对上述问题,该研究以琼东南盆地松南低凸起上发育的活跃冷泉为研究目标,基于三维地震和测井数据,发现支撑海底冷泉活动的流体系统由上下两部分组成。研究区内水合物稳定带之下发育3个大型气云构造(Gas cloud),在内部发育断层。在气云之上的水合物稳定带内发现28个流体管道(Pipe)穿透3套垂向堆叠的滑坡沉积体到达海底。研究认为气云构造内的断层和流体管道垂向相连,共同组成支撑冷泉活动的海底流体活动系统。 该研究表明水合物稳定带内低渗透性滑坡沉积而非含水合物地层封存了下伏游离气。连续在海底发生的3期滑坡导致水合物稳定带快速向上迁移,原稳定带底界附近水合物分解,而新底界之上短时间内不能生成大量水合物形成有效封存。游离气进入水合物稳定带并向上运移,在低渗透性滑坡沉积底部聚集,形成超压,达到临界值发生水利压裂,形成流体管道,甲烷发生渗漏。多期滑坡存在表明该过程重复发生,可能导致冷泉间歇性活动。该研究表明滑坡对海底冷泉活动具有控制作用,低渗透性滑坡沉积如同“阀门”,管理海底冷泉甲烷释放。 论文第一作者和通讯作者为王吉亮副研究员,中国地质调查局青岛海洋地质研究所李昂副研究员为共同通讯作者,合作单位还包括挪威能源研究所和中海油研究总院。该研究受中国科学院青年创新促进会、海南省高层次人才项目、国家自然科学基金和崂山实验室项目的共同资助。 论文信息:Wang, J., Li, A., Wang,L. H., Wu, S., & Li, Q. (2024). Submarine fluid flow system feeding methane emission in the northern South China Sea. Basin Research, 36, e12839. 论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/bre.12839
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    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
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    • 日前,自然资源部第二海洋研究所海洋生态系统动力学实验室海洋生物地球化学研究团队在海山生态系统的形成机制研究中取得重要进展,相关成果以“Seamounts Generate Efficient Active Transport Loops to Nourish the Twilight Ecosystem”为题发表于Science Advances。该研究利用物理-化学-生物多学科综合的现场观测资料,首次揭示了寡营养海区海流流经海山地形时,驱动海山下游真光层内形成高生物量,高强度浮游动物昼夜迁移及其驱动的高效有机质输出过程。该研究为认识海山生态系统的形成机制提供了新的认识,指出不同于中尺度涡旋等引起的短期偶发、移动的增产现象,海山矗立于固定位置能持续促进浮游植物旺发和有机质高效输出,滋养海山中深层和底栖生态系统,形成真光层与深海联动的立体生态绿洲。 研究背景 全球有近一半的海山分布在寡营养的“海洋荒漠”区,它们孕育着丰富的渔业资源和底栖生物,为众多物种提供了栖息场所,是海洋中的“生态绿洲”。海山通常也是金枪鱼和鲨鱼等生物的聚集地,具有更高的渔获量。然而,这一现象仅仅是地形的聚集效应,还是海山本身还存在较高的物质能量供应机制,目前仍存在较大争议。 生物泵输送有机质的强度能够直接调控深层生态系统的规模和结构。传统的海山增产理论指出,海山区复杂的水动力过程会促进真光层内营养盐供给和初级生产响应,即“海山效应”。然而,这一过程中产生的有机质能否沿食物链传递至更高营养级,以及是否为深层生态系统提供了能量和物质来源仍不清楚。针对这一问题,该研究聚焦于流场-地形-上层初级生产和有机质输出这一主线,对海山上层的生物地球化学过程开展了多学科综合调查与研究。 研究结果 研究团队利用自主集成的多参数生化剖面仪:包括温盐深仪(CTD)、原位紫外硝酸盐仪(Deep SUNA)、荧光传感器和水下粒子成像仪(UVP)等,获取了南海宪北海山的水动力环境参数、营养盐含量与扩散通量、浮游植物生物量、桡足类浮游动物生物量和颗粒有机碳(POC)输出通量的时空变化特征。 研究结果显示,背景流场与海山地形相互作用下,在下游形成了背风波,导致水体强烈混合、营养盐跃层明显抬升,显著增加了该区域次表层营养盐向上的扩散通量,支撑了真光层内较高的浮游植物生物量。相较于海山上游,下游的叶绿素浓度、桡足类浮游动物生物量和POC输出通量均呈现出显著的昼夜变化。其中,叶绿素浓度在夜间降至最低;200 m以浅的浮游动物生物量和POC输出通量在晚上大于白天,而200 m以深则相反。这是因为,浮游动物在夜幕的掩护下,前往食物丰富的海面摄食,快速消耗了白天生长的浮游植物,而在白天为了躲避捕食者,下沉到深水中休息、消化和排泄。从而导致水柱POC输出通量也与之呈现同步的昼夜垂向变化。 简言之,海山下游流场、地形和生态的耦合作用创造了一条有机质从生产到输出的高效通道,即浮游动物昼夜迁移摄食介导的“主动输出环”,而这些持续快速输出的有机质可能为深层生态系统的新鲜食物来源。 该研究将这一结果拓展到北太平洋副热带流涡区(North Pacific Subtropical Gyre, NPSG),估算海山对有机碳输出的贡献。结果显示,虽然浅海山(<208米)仅占NPSG海域面积的0.74%,却贡献了该海域2.1~3.8%的有机质输出通量。进一步强调了海山在寡营养海域具有更高的生物泵输出效率,在海洋生物连通性、渔业资源等方面发挥着不可替代的作用。 研究团队及资助 该论文第一作者为自然资源部第二海洋研究所与上海交通大学联合培养博士生王新洋,自然资源部第二海洋研究所陈建芳研究员和李宏亮研究员为共同通讯作者,共同作者包括自然资源部第二海洋研究所张静静副研究员、张东声研究员和谢晓辉研究员,南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)/中山大学谢伟教授和殷克东教授,索邦大学Diana Ruiz-Pino教授和海南大学高树基教授。 该研究得到国家自然科学基金委(42330412),国家重点研发计划(2023YFF0805002),南方海洋科学与工程广东省实验室基金(SML2020SI1001,SML2021SP207)和海洋二所基本科研业务费专项(SZ2403)的联合资助。