■海底热液系统主要分布在构造—断裂活动区，分布在洋中脊、弧后盆地、三连点和海底火山附近

■海底热液系统会产生矿产资源，深海极端环境下生存着一群特殊的底栖生物

■海底热液系统与极端生命现象是研究地圈、生物圈、水圈等各圈层相互作用以及地球系统科学的最佳对象

海底热液系统以及在这种极端环境下生物的发生、成长和演化，是全球深海研究中近二三十年才开辟的新领域。这一地球系统中最奇特的景观正吸引着全球科学界和工业界的目光，被认为是地学领域内继板块构造理论确立之后的又一革命性事件。

日前在第三届全国沉积学大会上，中国科学院院士秦蕴珊报告了深海极端环境及其与生物之间的关系，引起了与会代表们的浓厚兴趣。会议间隙，记者有幸采访到了秦老。

记者：您能否描述一下深海的极端环境到底是什么样子？

秦蕴珊：海洋总面积为 3.6亿平方公里，深海就占到了八九成。因此，深海系统是地球系统的一个重要组成部分。深海极端环境则是由多因子共同塑造的一个统一的系统，我们将深海极端系统划分为物理化学环境和海底的地质环境。

深海的物理化学环境没有阳光，漆黑一片，水压力非常大。在 2000米深的海底上，一个人受到的压力大约相当于 10个火车头压在身上。深海底附近的海水温度变化小，一般在 0℃～2℃之间，同时缺氧。在有些深海区，硫化氢和重金属等有毒物质和气体的含量也颇高。

深海底的地质环境最为复杂，是影响其他环境因子变化的主导因素。比如，洋中脊、板块边界与俯冲带，火山、热液、地震都十分活跃，可对环境造成巨大影响。去年发生的印度洋海啸就是一例。

记者：海底热液系统主要分布在什么地方，又是怎样产生的？

秦蕴珊：海底热液系统大部分分布在 1300～3700米，平均水深为 2500米。就地质构造部位而言，它主要分布在构造—断裂活动区，板块边界地带已知的活动的热液区有 140余个，分布在洋中脊、弧后盆地、三连点和海底火山附近。从地理位置上说，全球海洋中发育的海底热液系统，太平洋占 75％、大西洋占 16％、印度洋占 3％、其他海洋占到 6％左右。

海底热液系统形成的过程大致是海底火山及岩浆活动使海底产生裂缝，海水进入裂缝，与海底岩石发生反应。热液成分发生变化后，被洋底岩浆所散发的高温加热，密度变小，顺着洋中脊、板块边界等裂隙发育的有利部位上升。热液流体从海底喷发，一方面在喷口两侧形成喷出物质的沉淀（多数为硫化物，即“黑烟囱”；另一类则为“白烟囱”，多数为硫酸盐，少数是碳酸盐；有的地方有黄烟囱，硫的含量很高），一般为铜、锌、铁等硫化物矿物沉淀，沉淀数量可观就会形成矿床。另一方面则形成热液柱，向海洋中部上升。喷发口热水的密度一般是周围海水密度的 1/10，因此还会上升，直到热水密度与周围海水密度一样时，在海水一定高度处会形成一个中性面。由于地球科氏力的作用，中性面会发生旋转，在北半球按顺时针方向旋转，在南半球则按逆时针方向旋转。中性面在海流的作用下往往会发生横向扩散，迁移距离可达几十公里至上百公里。在这一过程中，各类化学元素在一定条件下沉降，在海底形成铁、锰等有用的矿物资源。

记者：您在大会的报告中展示了一系列深海极端环境下的生物群落，它们为什么能够在这样恶劣的环境下生存？

秦蕴珊：在上个世纪 70年代初，美国科学家在美洲西部海域的加拉帕戈斯隆起、水深 2500米处的热液喷口发现了浓密的生物群落。日本也于上个世纪 80年代初期，在冲绳槽中部发现了热液堆积体和烟囱状热液喷口系统，并在其周围观察到有巨大的海绵、虾类、海星等底栖生物。不久前，我国的“大洋一号”船在水深二三千米处进行拖网作业时，拖到的鱼都有半米多长，有眼无“珠”，谁也不敢吃。

这些发现使人们逐渐认识到，地球上存在着两种大洋，蓝色大洋和黑色大洋，并存着两种初级生产力及其食物链。蓝色大洋以浮游生物为初级生产力，靠吸收阳光获取能量。黑色大洋以热液细菌为初级生产力，主要依靠微生物通过化学合成作用还原海底热液系统中硫的氧化物，获取能量。这也就是为什么在大量的烟囱状热液喷口系统周围发现大量的生物群落的原因。

不同的海底火山岩和沉积物有不同的生物种属：如在热液附近的一些浅色沉积物中分布着许多大型海参种的生物，其体长可达 30～40厘米；而在枕状熔岩和带皱纹的板状岩石露头上则分布着棒球形玻璃海绵、海葵类等。

由于热液的喷发不是连续的，是脉动的、短周期的，因此在喷发过程中会发出脉动的声音，这种声音可能是周围生物体活动的导航器，因为这些高等动物大多是没有眼球的。但这种极端环境下有一种虾，头顶上长着眼睛，在漆黑一片的环境下干什么用呢？研究表明，它看到的光就是喷出来的热水发出的可见光。

记者：您刚才谈到的是一些大型生物，极端环境下还有一类微生物存在，科学家们对它们的研究有何发现？

秦蕴珊：在热液系统中，几百摄氏度的高温足以使一般的生命细胞物质变性，然而有一类称为嗜热菌的微生物却能在高温下生活下来。同样，在低温、高碱、高盐、高压等极端环境下也有极端的生命世界。已发现的极端生命形式包括嗜热菌、嗜冷菌、嗜碱菌、嗜酸菌、嗜盐菌、嗜压菌等，统称为极端微生物，它们构成了地球生命的独特风景线。

微生物主要分布在两大块。一是热液中本身就含有大量的嗜热细菌，它们随着其他热液物质一起喷出海底并在热液喷口附着并沉积下来，火山岩中也含有大量细菌。二是存在于海底沉积物和海底以下的地层中的微生物。在所谓的“洋底下的海洋”里，还是构成深部生物圈的巨大的微生物群落的聚居地。据统计，地球上有高达 2/3的微生物可能深埋在洋底的沉积物和地壳中。在一个似乎缺乏营养资源的环境下存在的这一巨大的生命体也对生物地球化学和微生物生态学提出了新的课题。大洋钻探计划（ODP）首次在洋底以下深逾 750米的沉积物中发现有微生物存在，对洋底深处微生物的进一步研究必将取得更多意想不到的成果。

记者：从地质学的角度讲，研究这些极端生命现象有什么意义？

秦蕴珊：作为有机世界与无机世界的结合点，海底热液系统与极端生命现象是研究地圈、生物圈、水圈等各圈层相互作用以及地球系统科学的最佳对象，已成为国际科学界和工业界的重要热点之一。

过去我们只知道海底火山活动形成了海底的矿产资源，现在认识到海底热液系统在产生矿产资源的同时，也产生了生命，或者说给生命的诞生创造了条件。这是一个非常前沿的科学命题。

同时，从地质学的角度讲，通过提取极端微生物体中 DNA，克服其个体小、生命周期短，无法在实验室培养等研究难题，恢复这些微生物生存的地质环境和地质过程，也将对我们进一步认识深海极端环境及其演化具有十分重要的意义。

目前，科学界一致认为，海底热液系统景观和深部生物圈是当代地球科学最令人瞩目的发现之一，海底热液作用与极端生态系统是极富挑战性、前景诱人的科技发展方向，将可能再次使海洋成为地球科学重大变革的舞台。与海底热液系统和极端生命现象有关的研究工作涉及面很广，属多学科交叉研究领域。我国在这一领域刚刚起步，面临新兴学科的发展机遇。

人物简介

秦蕴珊：祖籍山东掖县（今莱州市），1933年生于辽宁沈阳市，1956年毕业于北京地质学院，同年分配到中国科学院海洋研究所工作至今。

曾任中国科学院海洋研究所党委书记、所长。现任中国科学院海洋研究所研究员、学位委员会主席，《海洋与湖沼》学报主编，《海洋科学》中英文版主编。 1995年当选为中国科学院院士。他还是胶州湾功能区划专家组组长、第九届全国政协委员。秦蕴珊研究员是我国最早从事海洋地质工作的科学家之一，为创建和发展我国海洋沉积学作出了突出贡献，是我国海洋沉积学的开拓者之一。