海底大搬家

在深达数千米的海洋底处，生长着一片片的“玫瑰花园”。更令人惊奇的是，这些比热带雨林更为壮观的海底生物群落不仅生机勃勃，而且依靠一种神秘的力量，不断地进行海底大搬家。

　　

　　大洋中脊——海底黑烟囱的发源地

　　

　　这个故事先要从大洋中脊说起。大洋中脊是海洋深处的巨大山脉，那里同时也是生成新的海洋洋壳的地方。在大洋中脊火山口，灼热的岩浆由地幔向上涌，逐渐冷却，结合周围已软化的岩石，形成新的洋壳。新生成的洋壳挤压大洋中脊两边已有的地壳，不断向外扩张，最终在板块的交界边缘俯冲回地幔去。因此，洋壳在大洋中脊出生，在板块与板块的撞击中消亡，如此代谢不止。

　　与大洋中脊相伴的有很多海底火山。有时候，这些火山会露出海面，形成岛屿。最著名的便是冰岛。尽管大洋中脊是如此巨大的地形结构，但直到20世纪50年代，通过大量的海洋调查，科学家们才对其分布有了比较全面的认识。

　　正是因为大洋中脊深处岩浆不断上升，所以大洋中脊附近有一种特殊的地质奇观——热液出口。

　　这种结构类似陆地上的温泉。它是这样形成的：冷的海水顺着海底岩石的缝隙进入洋壳的深部，接触到被岩浆灼热的岩石后发生反应。反应后的海水变成高温、高压、富含矿物质的水，它被称为“热液”。上涌的热液喷出洋壳顶部，与冰冷的海水相遇。热液冷却过程中，矿物从其中析出，并且就近沉淀在喷出口的四周，日积月累，形成了一个个高高低低、像烟囱般的喷口。“烟囱”喷出来的热液如果含有丰富的金属离子和硫离子，当热液与冷的海水混合时，黑色的金属硫化物即迅速沉淀下来，就会形成“浓烟滚滚”的“黑烟囱”；也有一些小的烟囱喷出的热液温度稍低、流速较小、且其中含有较多的硅离子和钙离子，就会成为冒出二氧化硅和石膏的“白烟囱”。

　　

　　“玫瑰花园”—— 热液生态圈

　　

　　大洋中脊不仅孕育了海底黑烟囱这样的地质奇观，更令人惊奇的是，在这个被阳光“遗忘”的角落，还存在着一类特殊的生物群落。

　　1977年，世界著名的载人潜水器阿尔文号（ALVIN）在东太平洋的加拉帕戈斯群岛的大洋中脊地带考察热液活动时，意外发现，在热液出口附近，有一片甚至比热带雨林更为生机勃勃的生物群落。

　　那是一派很美丽的景色，有着如雪片般密集的微生物，白色的贝、蟹，紫色的鱼、虾，最奇妙的是，那里有大片大片的“花朵”，红白相间，如盛开的玫瑰一般绚烂。科学家们给这里取了一个浪漫的名字——“玫瑰花园”（Rose garden）。

　　美丽的“玫瑰”，就是现在几乎已经成为海底热液生态系统典型代表的管状蠕虫（tubeworm）。管状蠕虫是一种大型环节动物，生活在热液口附近温度为15～20℃的地方。

　　从此，寂寞的海底因为有了“玫瑰花园”而热闹起来。

　　和我们常见的基于光合作用的生态系统不同，热液出口处的生态系统是基于化能合成作用的。在这个小系统中，能够利用热液里面的硫化物获取能量的细菌是最基本的生物。在这些细菌提供的能量的基础上，热液出口处还生活着多种其他生物。

　　2007年，笔者有幸乘坐阿尔文号下潜到深达2400多米的东太平洋中脊，在那里，亲眼目睹了长达2米的管状蠕虫以及贝类、白色大螃蟹，还有粉紫色的大丑鱼，它们看起来都活得很惬意。

　　

　　中尺度涡——搬家顺风车

　　

　　美丽的事物总是短暂的。靠抽热液出口的“烟”活着的“玫瑰花园”，寿命并不长久。因为热液出口极不稳定，有时候会突然发生大规模地喷发。

　　随着研究的不断深入，海洋学家们发现了一个奇怪现象：比较大型的喷发发生时，热液出口附近的生物几乎都会死亡；但喷发过后，生物群落很快又会重新出现在新的热液出口。

　　也许你会觉得，新群落的出现是很自然的现象；但海底生物群落中与化能合成细菌共生、处于最基础营养级的管状蠕虫，要“搬个家”并非易事。首先，海底的温度非常低。在我们观测的东太平洋海底，水温大概为2℃左右。在这么低的温度下，管状蠕虫的幼虫并不能存活很久，大概只有一个月左右。另外，这些生物幼虫几乎没有游泳的能力，所以，它们不可能自己游到新的热液出口。人们曾经认为是大洋中脊附近的海流把幼虫带过去的，不过，科学家们观测发现，海底的海流非常弱。另一方面，距离我们观测到的喷发后又有生物出现的热液出口最近的生物群落也有300多千米，非常弱的海流是不可能在幼虫死亡之前就把它们运送到这么远的地方去的。

　　那还会有什么力量充当了更强大的“顺风车”呢？

　　大洋中的中尺度涡（Mesoscale Eddies）一般是指水平直径大概为百公里量级的海面凸起或下凹，伴随着这些海表面特征会有比较强的海流，而这些海流大多围绕着凸起或下凹的中心做顺时针或逆时针运动。它不但对海洋的热量、动量传输有贡献，还会影响海洋的生产力，因为伴随着这些涡旋，会有较强的上升或者下降流，而这对海洋中营养物质的垂向输运相当重要。

　　2004年到2005年，我们在东太平洋中脊区域放置了十几个海流计，把它们都挂在锚定在海底的浮子上面，这样，它们就能用来测量海底不同深度的海流变化。此外，我们还布放了可以测量生物幼虫数目及沉积物的仪器。通过观测，我们发现，大多数时候，大洋中脊附近的流场比较弱，也很稳定；但在某段时间，流动会突然出现反向并且强度也会明显增强。当我们分析同时期的卫星资料时发现，在海底流速剧变的时候，有一个直径300多千米的中尺度涡旋正好经过我们的观测点。然后，结合数值模型及生物幼虫和沉积物的观测数据，我们推测出：正是海面的那个涡旋影响到了几千米深的海底，它导致的海流让热液口的蠕虫幼虫搭上了搬家的顺风车。

　　此外，我们还发现：在太平洋东部的这些中尺度涡旋的强度和数量，跟给人类带来众多灾难的厄尔尼诺现象之间有一定关系。这就是说，当厄尔尼诺现象发生时，不但我们人类会受到影响，连躲在海底几千米的生物也会通过这些涡旋被间接影响到。

　　这也告诉我们，地球是一个高度耦合的系统，真可算得上是“牵一发而动全身”。

　　【责任编辑】 赵 菲