深海热泉：地球上的神秘生命乐园

深海是生物稀少的世界。如果把每平方米海底的生物量用重量来表示的话，那么在浅海平均有几百克，而在深海只有几十克。不过，在深海也有生物量异常高的地方。

上世纪70年代，科学家在调查墨西哥附近2600米深的深海域时，发现了从海底涌出的高温热泉，以及群居在热水周围的大量生物。该海域就在著名的加拉帕戈斯群岛附近。热泉周围的生物密度达到了每平方米几十公斤，可与浅海的珊瑚礁海域相媲美。从那以后，更多的深海热泉生物群相继被发现，它们就像散落在夜空中的一颗颗星星，存在于世界各大洋中。

硫化氢，稀缺的能源

深海底没有光，当然也没有营光合作用的植物。因此，深海底的动物一般是靠吃从浅海掉落下来的生物残骸勉强度日的。由于养分奇缺，深海底是生物极其稀少的不毛之地，然而在热液口的周围，人们却无一例外地发现了丰富多彩的生物群落。原来，热液中的硫化氢，为生物提供了取之不尽的能源。

如果你去过许多温泉，可能你会发现有的温泉有种臭味，很像鸡蛋变臭或者臭屁的味道。这就是硫化氢的气味。硫化氢在火山气体中有，从地球深处涌出的温泉中也有，它对许多生物来说都是有毒的，但是对于硫氧化细菌来说，却是能量的来源。有一类细菌叫化学合成细菌，它们是利用化学反应所产生的能量来合成生命必需的有机物的。硫氧化细菌也是这类细菌大军中的一员，它利用硫化氢和氧气反应时产生的能量，将二氧化碳合成为有机物质。哪里有丰富的硫化氢气体，它们就可以在哪里生存繁衍。当硫氧化细菌增加到一定的数量时，它们便可以和一些动物形成共生关系，一起栖居。

深海热泉为何含有丰富的硫化氢呢？

温泉的热水是地表水渗透到地下深处之后，被上升的岩浆加热，并融入了硫化氢气体而形成的。同样道理，在火山活动比较活跃的深海底，热泉中的硫化氢是从海洋地壳深处涌出的。海底火山活动一般集中在大洋地壳往地球深处下沉的地方，以及大洋地壳裂开并形成新的地壳的地方。大洋的深海热泉，就集中分布在这样的地方。当然，富含硫化氢的泉水不光有热泉，还有冷泉。例如在地壳板块相互碰撞的地方，地壳深处富含硫化氢和甲烷气体的海水时常被挤压到海水中，形成冷泉。在冷泉周围，同样聚集了以硫化氢为生的细菌和动物。

硫氧化细菌是怎样将硫化氢转化为生物能够利用的能源的呢？要讲清这个道理，还要从植物的光合作用说起。

生物体主要由碳、氢、氧元素构成，这些元素包含在取之不尽的水和二氧化碳中，但是氢和碳分别与氧强力地结合在一起，因此不能直接被生物利用。要切断这种化学结合并利用这些元素，就需要能量。植物是利用阳光把这种结合切断，然后让元素重新结合形成必需的有机物的，这个过程便是光合作用。

硫氧化细菌同样能生产有机物。与植物不同的是，它们不是用阳光，而是用硫化氢氧化时产生的能量来进行有机物合成的。硫化氢包含在涌泉、温泉中，在腐烂的大型动物尸体周围也很丰富。深海热泉对于人类来说简直就是地狱，人处在那种环境中不仅无法呼吸，而且要被硫化氢活活毒死。可是在硫氧化细菌和与其共生的动物们眼中，深海热泉却是充满了能量和希望的光明之地。

深海热泉的温度非常高，可达380摄氏度，但是涌入海水中之后便迅速降至五六十度。在离开热液三四厘米的地方温度只有十几度，这样的温度相当于海滨浅滩，对于动物们来说无异于天堂。通常，深海热液口附近密密麻麻地聚居着虾、蟹、双壳贝，还有独特的管蠕虫。与浅滩不同，动物们毕竟要承受着海水的巨压，习惯了高压环境的动物被打捞到海面上之后多数一命呜呼。同济大学海洋与地球科学学院的周怀阳教授说，螃蟹倒是个例外，可能是它们既没有血管又有坚硬的外壳作保护的缘故。他曾经从1900米深的热泉附近抓上一只螃蟹，没想到那只螃蟹居然在实验室的水槽里活了好几天！

热液生物群落的动物是不能被人食用的。由于它们体内的化学合成细菌吸收了大量的硫化氢，所以散发着令人作呕的臭鸡蛋气味，而且具有毒性。

科学家已经知道，在高温的热泉内部也充满着微生物，它们是肉眼看不见的原核细菌，同样以硫化氢为生。它们形态古老，代谢缓慢，在120摄氏度的热水中也能悠然自得。

探寻深海热泉

2012年6月30日，我国自主研制的海洋深潜器“蛟龙”号成功进行了试潜，最大下潜深度达7062米。蛟龙号的研制成功，为中国科学家进军深海提供了技术保障。

让我们做一次想象之旅，跟随“蛟龙”号去寻找、观看深海热泉——

刚刚坠入大海的“蛟龙”像个醉汉，在海浪的作用下翻滚不定，考察人员待在狭小的舱内不免有点五胃翻腾的感觉。好在下潜大约20米之后，便进入了寂静的世界。透过圆形的观察窗，能看见在波光粼粼的蓝色海水中迅速掠过的鱼群、水母。随着水深的增加，光线越来越暗。快到200米深时，四周已几乎是完全漆黑的世界，然而黑暗中仍有一些东西发出星星点点的荧光，那是一些发光的浮游生物。

“蛟龙”继续向深处下潜，生物密度越来越稀薄，荧光也越来越稀少。大约40分钟后，舱内仪表显示水深已达到1500米，黑暗的海水中点点荧光又多了起来。

在水深2000米处，“蛟龙”安全着陆，到了热泉涌出的地方。在探照灯光的指引下，潜水艇小心翼翼地移动着，以便不碰到礁石。这一带烟囱状突起林立，“烟囱”高矮不一，最高的超过20米，相当于六七层楼高，但一律向海水中喷吐着墨汁般的热水。这一带海底布满了动物，数量最多的是管蠕虫，它们成千上万个个体聚集在一起，从管中伸出鲜红的羽鳃，好像一朵朵盛开的红花。在管蠕虫群落的表面，随处可见橘黄色的蜘蛛蟹伸出细长的钳子在捕食。动物群落的上方还有一些鱼儿在缓缓地游动。这里，堪称海底绿洲……

深海热泉的发现，说来话长。1977年，刚刚投入使用不久的美国深潜器“阿尔文”号在加拉帕戈斯群岛附近海域考察时，在深海底发现了热泉喷口。这个热泉喷口，是渗透到海底裂缝中的海水与地下深处的岩浆接触，溶入了铁、铜、锌等金属硫化物后喷上来的地方。在那里，烟囱状突起林立，热泉像黑烟一样从“烟囱”的顶部冒出来。“烟囱”本身是热泉中的硫化物与海水接触后沉淀、堆积而成的。

此后，科学家在世界各地的深海底陆续发现了许多类似的海底热泉口，它们无一例外地沿着地球板块的界线——洋中脊和火山前缘而分布。

寻找未知的深海热泉像是大海捞针，因为与茫茫大海相比，每个热泉的范围实在是太小了，它的直径一般只有一两百米，大一点的也只有三四百米。周怀阳说，寻找未知热泉有一些物理的、化学的办法，先要大范围地找，然后逐渐缩小目标。当然，最后还是要肉眼看到才算数。在近年参加的调查任务中，周怀阳和同行们发现了两个新的热泉口。周怀阳告诉笔者，至今全世界已经发现400多个热泉区，而且这个数字还在不断增加。

早年在胡安·德富卡洋脊热泉的科学考察中，周怀阳成功地将自己设计制作的烟囱“帽子”安放在热泉喷口上面。“帽子”里插了九根温度计，用来自动记录热泉温度的变化。对烟囱内部的热泉进行持续的监测，以及从烟囱的横断面来分析矿物成分的变化，都能为研究人员提供热泉产生和消亡的详细信息。

在茫茫深海中，哪里有热泉，哪里就有繁盛的生物群落。不过，不同的大洋里却有不同的热泉生物种类。美国老太太辛蒂·范多弗是海洋生物学家，她跟随“阿尔文”号连续调查五年后，发现太平洋和大西洋热泉生物群落明显不同：太平洋以螃蟹和管蠕虫为主，而大西洋以虾为主。在大西洋的热泉周围，大群的虾游动着形成漩涡，恰如漫天飞舞的蝗虫，其规模之壮观，丝毫不逊色于太平洋的管蠕虫。