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海底热泉地质与生态
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在水深几千米的海洋底部,强劲的海水压力是海面的数百倍。有的时候,当深海探测潜水器将要到达底部时,仿佛有一股力量使潜水器升起,难以着底。这是遇到了海底热泉。打开深海探照灯,往水温显示器一看,探测队员惊呆了,海水温度竟达到300℃,由于压力大,海水并没有沸腾。使潜水器难以下落的上升水流,就是海底热泉喷出的热水。

在大西洋、印度洋和太平洋都存在大洋中脊,它高出洋底约3000米,是地壳下

岩浆不断喷涌出来形成的。洋脊中都有大裂谷,岩浆从这里盆一出来,并形成新洋壳。两块大洋地壳从这里张裂并向相反方向缓慢移动。在洋中脊里的大裂谷往往有很多热泉,热泉的水温在300℃左右。大西洋的大洋中脊裂谷底,其热泉水温度最高可达400℃

位于北纬21度附近的东太平洋隆起的脊轴上的热泉,在一条长7千米、宽约200-300米的狭长型条状区,分布有25个以上的热泉“烟囱”,各“烟囱”的热泉温度变化各异。其中东北段热泉新喷出的水温较低,为5-20℃,水质也较清流澈,因而此处生物繁茂。而西南段喷口新喷出的水温较高,有的竟达400℃左右,水质中所含成分十分复杂,致使喷口处形成了块状硫化物堆积。沉积物中含有大量金属元素。除了较多的铜、锌、锰、钴、镍外,还有金、银、铂等贵重金属,形成了有巨大开发价值的“热液矿床”。堆积物将喷口围成1-5千米高的圆形状,形成“黑烟囱”。


1 黑烟囱

在这些热泉里生活着众多的生物,包括管栖蠕虫、蛤类和细菌等兴旺发达的生物群落。这些生物群落生活在一个高温(热泉喷口附近的温度达到300 ℃以上)、高压、缺氧、偏酸和无光的环境中。其中硫细菌是热泉生态系统的主要生产者,不仅附着于热泉周围的岩石上,还与热泉周围的生物形成共生体。硫细菌并非一个特定的物种,而是一类能够利用热泉喷出的硫化物(如H2S)所得到的能量去还原CO2而制造有机物并获取能量的原核生物的总称。


硫细菌 

由于深海环境漆黑无光,热泉附近的动物多数眼睛退化,几乎全部热泉动物直接地或间接地以硫细菌为食,部分热泉动物有特化的与硫细菌的共生结构。巨型管虫直径58厘米,身长达3米。生活在巨大的白色管状结构内,前端部暴露在水中,环绕生长着血红色的触手。血红色来自于血红色素。巨型管虫以体内共生的硫细菌为食。因此,管虫的体内进化出了专门供共生细菌生活的结构,叫做营养体。


3 巨型管虫和群集的巨型管虫

罗希虾,又名盲虾,视觉退化,以硫细菌为食,背部有感光组织,可感知红外线。


4 罗希虾

多毛雪蟹,甲壳类群居动物,常成群结队在热泉附近爬行。绒毛是重要的感觉器官,方便捕食,绒毛还是硫细菌的生活场所,雪蟹在饥饿时刮取绒毛上的硫细菌充饥。


5多毛雪蟹

巨型蛤,体长可达27cm,口和消化系统退化,鳃和足异常发达,与硫细菌形成共生体。


6巨型蛤 

极限生物-庞贝蠕虫,平时蛰居于几丁质的管子里,靠与其共生的丝状细菌的分泌物为食,在81℃下仍能正常繁衍生息。管尾部温度20℃,头尾温差40℃~60℃,偶尔也在2℃的海水中游弋。


7庞贝蠕虫 

多数热泉动物都有灵敏的红外线感受器和温度感受器。因为热液温度高达数百度,且喷发强度时强时弱,热泉动物必须随时调整与热泉的距离,既要获取食物,又要避免被炽热的泉水灼伤。下图为一只粉色海蜘蛛和海螃蟹在热泉附近的岩石上爬行。


8 爬行中的动物 

        热泉喷发物遇海水冷却形成黑烟囱和“热液矿床”,其中含有大量贵金属,有巨大的经济价值。热泉与地球早期环境非常相似,部分学者认为,热泉喷口附近的环境不仅可以为生命的出现以及其后的生命延续提供所需的能量和物质,而且还可以避免地球外物体撞击地球时所造成的有害影响,因此热泉生态系统是孕育生命的理想场所。但另一些学者认为,生命可能是从地球表面产生,随后就蔓延到深海热泉喷口周围。以后的撞击毁灭了地球表面所有的生命,只有隐藏在深海喷口附近的生物得以保存下来并繁衍后代。因此,这些喷口附近的生物虽然不是地球上最早出现的,但却是现存所有生物的共同祖先。

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