海底大搬家

　　在深達(dá)數(shù)千米的海洋底處，生長(zhǎng)著一片片的“玫瑰花園”。更令人驚奇的是，這些比熱帶雨林更為壯觀的海底生物群落不僅生機(jī)勃勃，而且依靠一種神秘的力量，不斷地進(jìn)行海底大搬家。
　　
　　大洋中脊——海底黑煙囪的發(fā)源地
　　
　　這個(gè)故事先要從大洋中脊說(shuō)起。大洋中脊是海洋深處的巨大山脈，那里同時(shí)也是生成新的海洋洋殼的地方。在大洋中脊火山口，灼熱的巖漿由地幔向上涌，逐漸冷卻，結(jié)合周圍已軟化的巖石，形成新的洋殼。新生成的洋殼擠壓大洋中脊兩邊已有的地殼，不斷向外擴(kuò)張，最終在板塊的交界邊緣俯沖回地幔去。因此，洋殼在大洋中脊出生，在板塊與板塊的撞擊中消亡，如此代謝不止。
　　與大洋中脊相伴的有很多海底火山。有時(shí)候，這些火山會(huì)露出海面，形成島嶼。最著名的便是冰島。盡管大洋中脊是如此巨大的地形結(jié)構(gòu)，但直到20世紀(jì)50年代，通過(guò)大量的海洋調(diào)查，科學(xué)家們才對(duì)其分布有了比較全面的認(rèn)識(shí)。
　　正是因?yàn)榇笱笾屑股钐帋r漿不斷上升，所以大洋中脊附近有一種特殊的地質(zhì)奇觀——熱液出口。
　　這種結(jié)構(gòu)類似陸地上的溫泉。它是這樣形成的：冷的海水順著海底巖石的縫隙進(jìn)入洋殼的深部，接觸到被巖漿灼熱的巖石后發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)后的海水變成高溫、高壓、富含礦物質(zhì)的水，它被稱為“熱液”。上涌的熱液噴出洋殼頂部，與冰冷的海水相遇。熱液冷卻過(guò)程中，礦物從其中析出，并且就近沉淀在噴出口的四周，日積月累，形成了一個(gè)個(gè)高高低低、像煙囪般的噴口?！盁焽琛眹姵鰜?lái)的熱液如果含有豐富的金屬離子和硫離子，當(dāng)熱液與冷的海水混合時(shí)，黑色的金屬硫化物即迅速沉淀下來(lái)，就會(huì)形成“濃煙滾滾”的“黑煙囪”；也有一些小的煙囪噴出的熱液溫度稍低、流速較小、且其中含有較多的硅離子和鈣離子，就會(huì)成為冒出二氧化硅和石膏的“白煙囪”。
　　
　　“玫瑰花園”—— 熱液生態(tài)圈
　　
　　大洋中脊不僅孕育了海底黑煙囪這樣的地質(zhì)奇觀，更令人驚奇的是，在這個(gè)被陽(yáng)光“遺忘”的角落，還存在著一類特殊的生物群落。
　　1977年，世界著名的載人潛水器阿爾文號(hào)（ALVIN）在東太平洋的加拉帕戈斯群島的大洋中脊地帶考察熱液活動(dòng)時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)，在熱液出口附近，有一片甚至比熱帶雨林更為生機(jī)勃勃的生物群落。
　　那是一派很美麗的景色，有著如雪片般密集的微生物，白色的貝、蟹，紫色的魚、蝦，最奇妙的是，那里有大片大片的“花朵”，紅白相間，如盛開的玫瑰一般絢爛。科學(xué)家們給這里取了一個(gè)浪漫的名字——“玫瑰花園”（Rose garden）。
　　美麗的“玫瑰”，就是現(xiàn)在幾乎已經(jīng)成為海底熱液生態(tài)系統(tǒng)典型代表的管狀蠕蟲（tubeworm）。管狀蠕蟲是一種大型環(huán)節(jié)動(dòng)物，生活在熱液口附近溫度為15～20℃的地方。
　　從此，寂寞的海底因?yàn)橛辛恕懊倒寤▓@”而熱鬧起來(lái)。
　　和我們常見的基于光合作用的生態(tài)系統(tǒng)不同，熱液出口處的生態(tài)系統(tǒng)是基于化能合成作用的。在這個(gè)小系統(tǒng)中，能夠利用熱液里面的硫化物獲取能量的細(xì)菌是最基本的生物。在這些細(xì)菌提供的能量的基礎(chǔ)上，熱液出口處還生活著多種其他生物。
　　2007年，筆者有幸乘坐阿爾文號(hào)下潛到深達(dá)2400多米的東太平洋中脊，在那里，親眼目睹了長(zhǎng)達(dá)2米的管狀蠕蟲以及貝類、白色大螃蟹，還有粉紫色的大丑魚，它們看起來(lái)都活得很愜意。
　　
　　中尺度渦——搬家順風(fēng)車
　　
　　美麗的事物總是短暫的。靠抽熱液出口的“煙”活著的“玫瑰花園”，壽命并不長(zhǎng)久。因?yàn)闊嵋撼隹跇O不穩(wěn)定，有時(shí)候會(huì)突然發(fā)生大規(guī)模地噴發(fā)。
　　隨著研究的不斷深入，海洋學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪現(xiàn)象：比較大型的噴發(fā)發(fā)生時(shí)，熱液出口附近的生物幾乎都會(huì)死亡；但噴發(fā)過(guò)后，生物群落很快又會(huì)重新出現(xiàn)在新的熱液出口。
　　也許你會(huì)覺得，新群落的出現(xiàn)是很自然的現(xiàn)象；但海底生物群落中與化能合成細(xì)菌共生、處于最基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的管狀蠕蟲，要“搬個(gè)家”并非易事。首先，海底的溫度非常低。在我們觀測(cè)的東太平洋海底，水溫大概為2℃左右。在這么低的溫度下，管狀蠕蟲的幼蟲并不能存活很久，大概只有一個(gè)月左右。另外，這些生物幼蟲幾乎沒有游泳的能力，所以，它們不可能自己游到新的熱液出口。人們?cè)?jīng)認(rèn)為是大洋中脊附近的海流把幼蟲帶過(guò)去的，不過(guò)，科學(xué)家們觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，海底的海流非常弱。另一方面，距離我們觀測(cè)到的噴發(fā)后又有生物出現(xiàn)的熱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蟲死亡之前就把它們運(yùn)送到這么遠(yuǎn)的地方去的。
　　那還會(huì)有什么力量充當(dāng)了更強(qiáng)大的“順風(fēng)車”呢？
　　大洋中的中尺度渦（Mesoscale Eddies）一般是指水平直徑大概為百公里量級(jí)的海面凸起或下凹，伴隨著這些海表面特征會(huì)有比較強(qiáng)的海流，而這些海流大多圍繞著凸起或下凹的中心做順時(shí)針或逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)。它不但對(duì)海洋的熱量、動(dòng)量傳輸有貢獻(xiàn)，還會(huì)影響海洋的生產(chǎn)力，因?yàn)榘殡S著這些渦旋，會(huì)有較強(qiáng)的上升或者下降流，而這對(duì)海洋中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的垂向輸運(yùn)相當(dāng)重要。
　　2004年到2005年，我們?cè)跂|太平洋中脊區(qū)域放置了十幾個(gè)海流計(jì)，把它們都掛在錨定在海底的浮子上面，這樣，它們就能用來(lái)測(cè)量海底不同深度的海流變化。此外，我們還布放了可以測(cè)量生物幼蟲數(shù)目及沉積物的儀器。通過(guò)觀測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)時(shí)候，大洋中脊附近的流場(chǎng)比較弱，也很穩(wěn)定；但在某段時(shí)間，流動(dòng)會(huì)突然出現(xiàn)反向并且強(qiáng)度也會(huì)明顯增強(qiáng)。當(dāng)我們分析同時(shí)期的衛(wèi)星資料時(shí)發(fā)現(xiàn)，在海底流速劇變的時(shí)候，有一個(gè)直徑300多千米的中尺度渦旋正好經(jīng)過(guò)我們的觀測(cè)點(diǎn)。然后，結(jié)合數(shù)值模型及生物幼蟲和沉積物的觀測(cè)數(shù)據(jù)，我們推測(cè)出：正是海面的那個(gè)渦旋影響到了幾千米深的海底，它導(dǎo)致的海流讓熱液口的蠕蟲幼蟲搭上了搬家的順風(fēng)車。
　　此外，我們還發(fā)現(xiàn)：在太平洋東部的這些中尺度渦旋的強(qiáng)度和數(shù)量，跟給人類帶來(lái)眾多災(zāi)難的厄爾尼諾現(xiàn)象之間有一定關(guān)系。這就是說(shuō)，當(dāng)厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，不但我們?nèi)祟悤?huì)受到影響，連躲在海底幾千米的生物也會(huì)通過(guò)這些渦旋被間接影響到。
　　這也告訴我們，地球是一個(gè)高度耦合的系統(tǒng)，真可算得上是“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。
　　【責(zé)任編輯】 趙 菲