我国学者在深海海底发现大型含氢热液筒群
2025/06/03
图 昆仑热液筒群的地理位置及地形特征。(a)昆仑热液筒群及穆绍海沟所处的区域位置。(b)昆仑热液筒群发育在穆绍海沟的俯冲板块之上,距离海沟约80公里。(c)昆仑热液筒群发育在穆绍海沟西侧的正地形之上,由约20个巨型圆坑组成。其中四个被命名为“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。
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