海洋科普（1648）

图 2 大陆边缘冷泉系统流体迁移、典型的冷泉生物群落、

天然气水合物的分布及冷泉碳酸盐岩沉淀等示意图

插图为缺氧沉积物中甲烷及硫酸盐剖面浓度示意图。在硫酸盐甲烷界面，由于耦合的甲烷缺氧氧化和硫酸盐还原作用，硫酸盐和甲烷浓度都达到最低。右上角的插图为甲烷缺氧氧化和硫酸盐还原作用的新陈代谢作用示意图，图中集合体内红色部分为甲烷氧化古细菌，绿色部分为硫酸盐还原细菌(据文献 [3]和[4]综合)

冷泉渗漏的另外一个显著特征是在海底形成了冷泉生物群落。由于 200m 水深以下的海底缺乏光照，光合作用无法进行，长期以来深海环境被认为是生命的禁区。 然而，海底冷泉系统中，存在以化能自养细菌为初级生产者的食物链，繁衍群落结构非常独特的生态系统(图２) [2, 6] 。在初级生产者的基础上，繁衍着管状蠕虫、蛤类、贻贝类、多毛类动物以及海星、海胆、海虾等一级消费者和鱼、螃蟹、扁形虫、 冷水珊瑚等二级消费者，它们最终被线虫类动物分解而回归自然环境，形成一套完整的冷泉生态系统。在高等生物分类学上，冷泉与热液环境的生态群落相似，但冷泉系统的生物量高而生物多样性低，且冷泉生物通常生长速度较慢，一些大型的管状蠕虫年龄可达数百年，被认为是地球上最古老的动物 [6] 。冷泉生物群落的繁衍与死亡受冷泉渗漏的控制，一旦冷泉“休眠”(甲烷停止渗漏)，该生物群落死亡，并在新喷口附近形成新的群落。冷泉生物对其生存环境的变化异常敏感，因此群落可在很小的范围(几米)内迅速变化 [5] 。近年来的海洋调查和研究获得了大量原始资料， 极大地拓展了我们对冷泉生物的认识，我们已经知道冷泉生态系统的演化由与冷泉相关的地质活动来驱动，然而对该背景下生态系统的响应还不清楚。另外，由于冷泉研究的特殊性，强烈依赖高科技和高投入，以及全球各地的研究程度不同，目前对冷泉生态系统在时空上的演化，特别是空间上的演化还知之甚少。加强同一海域不同水深及不同海域的冷泉系统的对比研究，加强现代冷泉研究的同时，深化对古冷泉生态系统的研究，探讨地质历史时期冷泉系统中地质与生物的相互作用是突破 这一瓶颈的有效措施。

图3 北大西洋边缘冷泉渗漏（NOAA, 2012）

就冷泉渗漏的强度而言，可以是强烈的“喷发”系统（图3），也可以是肉眼看不见的“扩散”系统。已有研究表明冷泉渗漏的强度与海平面变化有关，表现为低海平面 时期强渗漏，高海平面时渗漏减弱 [7, 8] 。然而，上述观点仍有许多有待证实之处， 如果冷泉渗漏的强度与海平面变化有关，那么这种关联应该是全球性的，而且在地质历史时期也存在这种关联。此外，冷泉生态系统是如何响应冷泉渗漏强度的变化？地球生命是否起源于冷泉系统？对冷泉生态系统的研究直接影响到我们对极端环境地质－生物相互作用规律的认识。可以说，对冷泉及冷泉生态系统的研究才刚刚开始，前沿科学家正在搜寻这些问题的线索，许多谜底还有待于今后的科学家 来一一揭开。

参考文献：

【1】Paull C K, Hecker B, Commeau R, et al. Biological communities at the Florida Escarpment resemble hydrothermal vent taxa. Science, 1984, 226: 964-967.

【2】Levin L A. Ecology of cold seep

sediments: Interactions of fauna with flow, chemistry, and microbes. Oceanography and Marine Biology, an Annual Review, 2005, 43: 1-46.

【3】Bohrmann G, Torres M E. Gas hydrates in marine sediments. in: Schulz H D, Zabel M. eds. Berlin Heidelberg: Marine Geochemistry. Springer, 2006, 481-512.

【4】Delong E F. Microbiology: resolving a methane mystery. Nature, 2000, 407: 577-579.

【5】Joye S B, Boetius A, Orcutt B N, et

al. The anaerobic oxidation of methane and sulfate reduction in sediments from Gulf of Mexico cold seeps. Chemical Geology, 2004, 205: 219-238

【6】Cordes E E, Bergquist D C, Fisher C R.

Macro-ecology of Gulf of Mexico cold seeps. Annual Review of Marine Science, 2009, 1: 143-168.

【7】Roberts H H, Aharon P. Hydrocarbon-derived carbonate buildups of the northern Gulf of Mexico continental slope: a review of submersible investigations. Geo-Marine Letters, 1994, 14: 135-148.

海洋科普（1647）| 为什么说生命可能起源于深海热液？

海洋科普（1646）| 打扮独特的装饰蟹

海洋科普（1645）| 蓝碳

海洋生态大讲堂 原文地址请点击阅读原文。

若发现侵犯您版权的内容，请第一时间与我们联系，我们将立即删除。谢谢！

作者：冯东、陈忠、陈多福

转载编辑：黄菲

初审：陈哲正

审核：廖喜扬

审核发布：李春荣返回搜狐，查看更多