馬達加斯加以南9000海里外的西南印度洋，遠離大陸、島嶼和所有航線，水深2000至3000米，最深處可達5000米——這里，正是中國大洋34航次、35航次科考的目的地。

　　我國大洋科考主力船“大洋一號”執(zhí)行大洋34航次任務(wù)，搭載我國首個載人深潛器“蛟龍?zhí)枴钡摹跋蜿柤t9號”執(zhí)行大洋35航次任務(wù)，2014年12月至2015年2月，兩條船共同在這片海域進行科學考察，這是我國大洋科考史上首次出現(xiàn)的景象。

　　西南印度洋究竟蘊藏著什么奧秘？我國探秘深海海底，近年來又緣何頻頻鎖定西南印度洋？

　　神秘的海底“黑煙囪”

　　熱液噴口，被認為是二十世紀海洋科學最重要的發(fā)現(xiàn)之一。這種噴溢黑色熱液的煙囪狀黑色“巖石”，熱液測溫高達350℃至400℃。

　　2月9日至3月20日，中國大洋34航次第3航段，擔任大洋34航次首席科學家的國家海洋局第二研究所研究員陶春輝從“向陽紅9號”轉(zhuǎn)到“大洋一號”工作?！案懔诉@么多年熱液調(diào)查，親眼在海底看見大量冒著黑煙的‘黑煙囪’，還是非常激動?！痹谙?船期間，陶春輝曾4次搭乘“蛟龍?zhí)枴毕聺撝梁５住?/p>

　　1977年，“Alvin”號深潛器在東太平洋洋中脊首次發(fā)現(xiàn)熱液噴口，被認為是20世紀海洋科學最重要的發(fā)現(xiàn)之一。1979年，美國科學家利用“Alvin”深潛器再次回到東太平洋海隆拉帕格斯擴張中心，觀測到正在噴溢黑色熱液的煙囪狀黑色“巖石”，熱液測溫高達350℃至400℃，這也就是人們常說的“黑煙囪”。

　　“黑煙囪”是如何形成的，又有什么價值？大洋34航次地質(zhì)組長、多次參與我國大洋調(diào)查工作的中國地質(zhì)大學教授蘇新介紹，海底熱液循環(huán)模式是比較公認的“黑煙囪”形成模式。由于板塊運動，大洋中脊的擴張中心產(chǎn)生很多斷裂和裂隙，低溫海水在這種高滲透的巖石中下滲到較深的地殼，被加熱后從周邊圍巖中淋濾出大量的礦物質(zhì)，從而形成高溫并富含多種金屬組分的熱液流體。熱液流體受下伏巖漿物質(zhì)上涌驅(qū)動或構(gòu)造擠壓，就會沿裂隙上升噴發(fā)，在海底表面周圍與低溫海水混合時，溶解在其中的金屬成分就沉淀并形成多金屬硫化物或硫化物煙囪。

　　陶春輝表示，多金屬硫化物由于含有鉛、鋅、銅、金、銀等多金屬元素且富集程度高，有望成為21世紀人類即將開發(fā)的重要海底礦產(chǎn)資源之一。這些富含銅、鋅、鉛、金和銀等金屬元素的硫化物與陸地上發(fā)現(xiàn)的火山成因塊狀硫化物資源具有緊密聯(lián)系，也激起國際采礦界極大的興趣，一些國家開始將熱液硫化物作為一種潛在的礦產(chǎn)資源進行調(diào)查。

　　熱液硫化物作為海底熱液活動的主要產(chǎn)物，按噴發(fā)時的溫度和顏色可分為黑煙囪、白煙囪和低溫噴口三種。一般認為黑煙囪可高達300至400℃，以金屬硫化物為主；白煙囪為100℃左右，以硫酸鹽、二氧化硅和閃鋅礦為主；低溫噴口在100℃以下，以碳酸鹽和二氧化硅為主。

　　非常幸運的是，由“大洋一號”完成的17、19、20航次等多次環(huán)球科考，就已經(jīng)幾乎發(fā)現(xiàn)了大部分形式的海底熱液區(qū)，如在東太平洋海隆和西南印度洋發(fā)現(xiàn)了以玄武巖為圍巖的“黑煙囪”、“白煙囪”和碳酸鹽巖煙囪，在西南印度洋發(fā)現(xiàn)了與超基性巖蛇紋石化有關(guān)的硫化物，并發(fā)現(xiàn)了“非活動”的硫化物。

　　截至2014年，近30年來全球已經(jīng)有300多個熱液區(qū)在全球的大洋中脊、弧后盆地和板內(nèi)火山等不同構(gòu)造環(huán)境中被發(fā)現(xiàn)，其中超過60%分布在大洋中脊地區(qū)，其中40%位于國際海底區(qū)域。

　　在洋中脊尋找硫化物

　　海底多金屬硫化物分布于大洋中脊和弧后盆地，我國的大洋調(diào)查研究證明，超慢速洋中脊有巖漿活動，形成多個熱液多金屬硫化物區(qū)。

　　事實上，我國對西南印度洋的科學考察早在10年前就已啟動。2005年4月至2006年1月，“大洋一號”船完成了我國首次環(huán)球科考暨中國大洋科考17航次，首次在印度洋發(fā)現(xiàn)了熱液異常。2007年1月3月中國大洋19航次第I、II航段在西南印度洋發(fā)現(xiàn)了第一個活動熱液區(qū)——龍旂熱液區(qū)。

　　“當時拍攝到了正在冒‘黑煙’的硫化物煙囪體和大量硫化物和生物照片，并取得了硫化物煙囪體、玄武巖及熱液生物等樣品?！庇H歷發(fā)現(xiàn)過程的陶春輝表示，龍旂熱液區(qū)是世界上第一個在超慢速擴張洋中脊發(fā)現(xiàn)的活動熱液區(qū)，對于研究超慢速擴張洋脊熱液活動類型、成礦作用、熱液生物分布以及對大洋的熱質(zhì)貢獻等具有重要的科學研究價值。

　　此后，中國大洋調(diào)查航次在西南印度洋開展了5個航次的海底熱液活動調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了10余處熱液區(qū)。

　　海底多金屬硫化物分布于大洋中脊和弧后盆地，熱液區(qū)在太平洋、大西洋也有發(fā)現(xiàn)，但我國為何將西南印度洋作為研究重點？

　　洋中脊全長5萬多公里，是全球最長、最復雜的構(gòu)造體系，在洋殼增生和板塊運動過程中扮演著關(guān)鍵角色。大西洋的洋中脊在洋盆中心，而太平洋的洋中脊偏洋盆東側(cè)，臨近美洲；印度洋的洋中脊則是人字形?！昂唵蔚乩斫猓笾屑咕褪谴笱笾械纳矫}，是地殼物質(zhì)增生的地方，而海溝則是地殼物質(zhì)消亡的地方?！碧K新說。

　　“西南印度洋洋中脊屬于超慢速擴張洋中脊。”蘇新介紹，不同擴張速率的大洋中脊具有不同的地形地貌、構(gòu)造特征和巖漿活動等，直到上世紀末，絕大部分針對洋中脊海底熱液活動的調(diào)查研究集中在太平洋和大西洋的快速和中慢速擴張洋中脊，對于超慢速擴張的西南印度洋中脊（SWIR）和北冰洋的Gakkel洋中脊海底熱液活動的研究程度尚十分薄弱。

　　過去科學家一般認為，超慢速洋中脊地殼巖漿活動不頻繁，因而難以形成“黑煙囪”硫化物?！暗诳焖傺笾屑?，由于板塊構(gòu)造活動頻繁，形成的物質(zhì)會不斷破壞，而慢速和超慢速洋中脊形成的硫化物不易被破壞，且地幔深部物質(zhì)更容易與海水發(fā)生長周期反應(yīng)，形成富含金屬的流體被帶上海底表層。中國的大洋調(diào)查研究也證明，超慢速洋中脊有巖漿活動，形成多個熱液多金屬硫化物區(qū)?！碧K新說。

　　2011年，我國與國際海底管理局簽署西南印度洋《硫化物資源勘探合同》，獲得1萬平方公里具有專屬勘探權(quán)的多金屬硫化物資源礦區(qū)。2014年11月至2015年6月進行的中國大洋34次科考，正是繼大洋30航次后執(zhí)行合同開展的第二個大洋調(diào)查航次，標志著我國在西南印度洋的科學考察工作從科學調(diào)查走向了勘探。

　　獨特的熱液生態(tài)系統(tǒng)

　　在此生態(tài)系統(tǒng)中，初級生產(chǎn)者是能利用海底熱液流體中還原性物質(zhì)合成有機物的微生物，這些化能自養(yǎng)微生物能為其共生的生物提供賴以生存的大分子有機物質(zhì)，從而形成一個化學能量生態(tài)系統(tǒng)。

　　我國對西南印度洋深海海底的探索，意義并不僅僅在于尋找多金屬硫化物。采集及研究大洋洋中脊中深海熱液生態(tài)系統(tǒng)的生物，從而獲取獨特的生物基因資源，是西南印度洋科考的另一重要目的。

　　大洋深處被稱為“地球最后的秘境”。1977年，科學家們在東太平洋洋中脊觀測到海底熱液口時，更意外的重大發(fā)現(xiàn)是在約2500米處的海底第一次發(fā)現(xiàn)了熱液生態(tài)系統(tǒng)。此前人們認為深海底沒有生命，因為沒有光、溫度低、壓力大、氧氣也不夠，但熱液噴口附近居然有眾多不依賴陽光的熱液生物，給當時的地學界和生物界帶來了巨大震動。

　　“深海熱液生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)，打破了以往‘萬物生長靠太陽’的定論。在此生態(tài)系統(tǒng)中，初級生產(chǎn)者是能利用海底熱液流體中還原性物質(zhì)合成有機物的微生物，相當于光合生命系統(tǒng)中植物的作用?！?中國大洋34航次首席科學家助理、國家海洋局第三海洋研究所副研究員董純明告訴記者，它們能在高壓高溫極端條件下生存，這些化能自養(yǎng)微生物能為其共生的生物，如熱液盲蝦、熱液蟹、貽貝、海蝸牛和藤壺等提供生存繁衍所必需的大分子有機物質(zhì)，從而形成了一個高效物質(zhì)流及能量流的化學能量生態(tài)系統(tǒng)。

　　高溫、高壓、黑暗、低氧濃度、劇烈變化的溫度、鹽度等水文因子及多種重金屬以及其他毒類物質(zhì)的存在，使深海熱液口生態(tài)環(huán)境顯得非常嚴酷和不穩(wěn)定。但令人驚奇的是，熱液區(qū)的生物量和棲息密度都很高，通常是其他深海環(huán)境的500至1000倍，這與熱液口化能自養(yǎng)微生物的高生產(chǎn)力有關(guān)，有科學家估計可能是光合作用量的2至3倍。

　　中國大洋34航次第三航段生物組組長、國家海洋局第三海洋研究所施曉峰博士介紹，深海熱液噴口周圍存在多個漸變梯度帶：一個是向四周漸低的溫度梯度帶，第二個是多種化學物質(zhì)濃度向四周漸低的化學梯度帶，這促使第三個梯度帶的形成——以噴口為中心向四周呈環(huán)帶狀分布的熱液生物梯度帶?！霸趪娍诟浇疁貫?0至110℃的區(qū)域，以古細菌和嗜熱細菌為主；在溫度為20至40℃的區(qū)域，以嗜熱的多毛類為主，代表物種為龐貝蟲；在溫度為2至15℃的區(qū)域，生物種類繁多?！?/p>

　　“截至目前，已描述的熱液生物新種已近600種，這一數(shù)據(jù)還在不斷刷新。在過去30年間，平均每個月，全球就有兩個深海熱液生物新物種被發(fā)現(xiàn)?！笔苑逭f。

　　“我們在大洋26航次時，就曾經(jīng)在南大西洋洋中脊抓取過熱液生物?？梢哉f海底熱液活動區(qū)是天然的海底實驗室，是當今科學研究前沿?！倍兠鞅硎荆瑢嵋捍笮蜕锖臀⑸锏幕蛸Y源研究、開發(fā)和利用，是目前國際海洋生物學研究的前沿領(lǐng)域和熱門課題，從這些深海極端生物中開發(fā)在醫(yī)學、工業(yè)、環(huán)保領(lǐng)域中具有特殊功能的高科技生物產(chǎn)品，具有巨大的發(fā)展空間和經(jīng)濟前景。

　　與此同時，熱液區(qū)給從事基礎(chǔ)研究的科學家們提供了重要啟迪——“黑煙囪”周圍有毒、高溫、酸化的環(huán)境很像地球形成初期的環(huán)境，這為人類認識地球結(jié)構(gòu)和演化、海洋環(huán)境變化、生命起源等提供了全新的窗口。