作者：一直 | 排版：杳杳

前段时间，有小羊羔在后台留言，说做到了和“海底冷泉”的相关的试题。

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今天我们就一起看看什么是海底冷泉？冷泉附近有哪些生物？冷泉渗漏的甲烷对环境有何影响？

 01 

  海底冷泉是什么？是怎么形成的？

“冷泉”其实只是一个相对的概念，它是相对热泉所提出的。

所以了解冷泉之前，我们先搞懂什么是海底热泉。热泉又称海底热液，是从海底喷溢出的高温流体（温度明显高于周围海水）。

海底热泉（液）示意图

海水沿裂谷或裂隙渗入洋壳内部，受炽热的熔岩影响后与基底玄武岩发生反应，形成酸性、还原且富硫化物与成矿金属的热液，温度高达350-400℃。反应程度随温度和压力的增加而增加，直到岩石变得难以渗透，含矿热液就沿着裂隙喷溢而出。

从喷口涌出时，热液与冷海水相遇，会导致黄铁矿、黄铜矿、纤锌矿、闪锌矿等硫化物及钙、镁硫酸盐的快速沉淀，最后不断堆积成一种烟囱状的地貌。

海底热液活动多见于板块边界处，尤其是在板块的生长边界，如大西洋洋中脊。

海底热泉（液）分布示意图

既然海底热泉是热的，那么冷泉是否就是冷的呢?

其实，海底冷泉的温度与周围海水温度相近，约2~4°C，是指来自海底之下的以水、碳氢化合物（天然气和石油）、硫化氢、细粒沉积物为主要成分的流体，在地质结构或压力变化驱动下，渗漏溢出海底进入海水的活动。

海底冷泉渗漏示意 | 左图源：科普中国

冷泉在海底的形态类似陆地上的泉口，常呈气泡羽流状产出，主要集中在断层和裂隙发育的陆地沿海海底地区（大陆边缘）。

全球现代冷泉、古冷泉分布图 | 图源：沉积之声

一般来说，形成海底冷泉需要以下条件：

①沉积层中有充足的气源供给——以甲烷为代表的烃类气体；

②沉积层中有气体运移的通道——海底裂隙；

③海底温度或者压力发生改变。

图源：中国矿业报

其中，海底地层温度升高，有利于有机物质的分解，从而进一步产生更多的烃类气体（低密度流体）。

同时，随着海底沉积物不断变厚，下层沉积物承受的重力负荷越来越大，在压力作用下沉积地层像海绵一般被压缩夯实，空隙缩小，其中的气体随之被“释放”发生上移（运移）运动。

海底冷泉形成示意 | 图源：科普中国

因此，在特定的温度和压力下，海底储存的天然气水合物和天然气等容易在海底断层或裂隙处渗漏或喷涌，形成冷泉。

总的来说，热液与冷泉除了温度不同以外，其物质组成也有所不同。热液主要是海底深处喷出的高温流体遇到海水时混合形成的“黑烟”，冷泉主要是海底沉积的气体等的喷溢现象。

 02 

冷泉生物群落

一直以来，深海环境几乎是“海底沙漠”的代名词，那里阳光无法到达，光合作用不能进行，许多生物缺乏生存必需的食物来源。

海底冷泉生态系统示意图

而这个深处海底的冷泉生态系统却被科学家们称为“海底沙漠中的绿洲”。

在低温、低氧、高压、高盐、暗黑的极端环境下，为什么会有生命体系存在呢?

图源：广州海洋地质调查局

其主要原因是在冷泉区，生物不依赖光合作用，而是靠甲烷、硫化氢等还原性化学物质自养，是一套独特的生态系统。

初级生产者——化能自养生物； 

初级消费者——贻贝、蛤蜊、管状蠕虫等底栖生物；

次级消费者——鱼、螃蟹、海星等生物；

三级消费者——章鱼、大王具足虫等深海肉食性物种。

【注】海水中甲烷厌氧氧化古菌和硫酸盐还原细菌积极参与冷泉流体中甲烷氧化与硫酸盐还原的化学反应，为化能自养生物提供了碳源和能量。

这些生物死亡后，最终会被微生物分解，回归到自然环境，从而形成完整的生态系统。

我国南海-海马冷泉区的海底影像

冷泉生物通常生长速度较慢，对其生存环境的变化异常敏感。冷泉生物群落的繁衍与死亡受冷泉渗漏的控制，一旦冷泉“休眠”（甲烷停止渗漏），该生物群落死亡，并在新喷口附近形成新的群落。

 03 

  冷泉渗漏的甲烷对环境有何影响？

海底冷泉中含有大量的甲烷，当这些甲烷进入海水或者大气的时候，有可能会引起海洋酸化，加剧全球气侯变暖。

（据估算，每年由海底冷泉向海洋渗漏的甲烷总量可达到40万~1220 万吨，是大气中甲烷的重要自然来源之一。）

具体来看，海底冷泉渗漏的甲烷会与海水中的硫酸根反应，形成碳酸氢根，而碳酸氢根与钙离子反应后，又会形成二氧化碳，引起海洋酸化。

海底泥火山浅层沉积物中甲烷的迁移与转化示意图

由于甲烷的温室增温潜力是二氧化碳的21~22倍，大量的甲烷进入大气后，加剧全球气候变暖，导致海水表层温度升高，进而加剧海水中甲烷的氧化反应，促使海水中二氧化碳含量进一步增加。

同时海水表层温度升高，会抑制海水的上下对流，不利于海水中二氧化碳外溢，加剧海水酸化。

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制图：一直

从对生物的影响来看，一方面甲烷为冷泉渗漏区的自养化能生物（初级生产者）生长提供物质和能量。

另一方面，大量甲烷释放导致的海洋酸化及海洋暖化，会破坏海洋生态系统，从而对部分海洋生物的生存和发育产生不利影响。

文章看到这里，你是否可以解决文首的那道例题了呢？一起来看看~

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 04 

  做完题再走~

甲烷是一种非常强的温室气体。冷泉区域喷涌的流体中甲烷（CH4）含量高达99.5%，并伴有大量的天然气水合物和丰富的冷泉生物群落（如下图）。天然气水合物由甲烷和水分子在低温、高压环境下形成的类冰状固态物质，天然气或者海底之下的水合物分解释放的甲烷和甲烷氧化产生的二氧化碳，沿着裂隙向上运移和排放形成冷泉。

（1）说明海底冷泉的形成条件。

（2）从海——气相互作用角度，分析海底甲烷的释放导致海水中二氧化碳增多的原因。

（3）简述海底冷泉研究对国家安全的影响。

 参考答案 

（1）海底沉积物具有充足的天然气水合物供给；温度压力变化使天然气水合物分解、氧化为气体；裂隙发育，为气体运移提供通道。

（2）进入大气中的甲烷加剧全球变暖，导致海水表层温度升高；海水表层温度升高，会抑制海水的上下对流，不利于海水中二氧化碳外溢。

（3）寻找海底天然气水合物的标志，利于维护国家能源安全；为研究全球气候变暖提供线索，利于遏制全球气候变暖；是研究地球深部生物圈的窗口，利于维护生物多样性，维持生态系统稳定性。

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