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以下文章来源于地球科学学院
海底热泉，又称海底热液，是渗入地壳的海水被地幔加热、又在泵系统的作用下喷出形成的一种景观。海底热泉如同林立在海底的烟囱一般，源源不断地吐出浓烟似的热水，影响着周围的一切的生命活动。在这样无光、缺氧、高温、高压的环境中，生命如何存活？生态系统又是怎样运转的呢？它的原理又给了科学家怎样的启示？本期地学无极限，就让我们一同深入海底，探究海底热泉的秘密！
热泉形成的第一步，海水通过广泛分布的断裂和裂隙渗入地壳，再被热液活动区下的高温热源加热为高温海水。多数研究认为，其热源主要是地球由内向外的对流热，即从地球深部迁移而来的高温物质。因此，海底热泉多分布于扩张洋脊上。洋中脊是洋底扩张的中心，熔融岩浆沿脊轴不断上升，为加热海水提供热源。同时，这也表明了海底热泉的分布与火山活动有关。
随着热源对海水的不断加热，热海水与岩石反应，溶解其中多种矿物质，主要是含Fe、Cu、Zn的硫化物颗粒。且在升温过程中，海水密度降低，热海水携矿物质向上翻涌喷出，同时冷海水下沉，这样就形成了前文所说的泵系统。
最后，热海水与冷海水相遇，所含矿物质溶解度减小，迅速沉淀为致密的颗粒。这个热海水一边上升硫化物一边沉淀的过程，形成了如同黑烟缭绕的奇特景象；沉淀下沉后，喷口处形成了块状硫化物堆积，即突出的“烟囱”部分。因此，海底热泉被形象地称为“海底黑烟囱”。
（图一：海底热泉外观图）
海底热泉的生态系统以地热能为能量来源，以厌氧的岩石自养菌类为生产者、化能合成作用为基石，实现了一个小规模的、完整又独立的区域有了生态运转。它的大致食物链构成如下：
（图二：海底热泉生态系及食物链构成）
热液场中，门类一级的生物组合以热泉为中心向四周呈带状分布，也就是说，各级营养者的分布很大程度上受热泉产生的温度梯度控制。我们可以由此分层，分别解析这些神奇生物的生存模式。
不同热泉喷发点水温在25℃到350℃不等。喷发过程中大量无机化合物被裹携涌出，它们由海水与高温地壳的还原反应产生；在这个过程中，地热能转化为无机物中的化学能。主要生物是多种厌氧化合岩石自养或异养菌，它们可以生活在60℃（或80℃）到110℃的高温水体之中，贴附于沉积物表面，在“烟囱”上形成薄的层状菌席。其中的化学岩石自养细菌形成了食物链的基础，它们把碳的氧化物还原成有机碳，并与洋底逸出的HS、CH₄等产生生化反应，进一步发育为热水生态系。
如果在这个生态系统里我们把视野扩大一点，就可以发现一种球形结构的蠕虫，它们主要生活在20~40℃温度的海水中。而2~15℃水温区内，还存在着另一种管状蠕虫与之同属，以及种类丰富的双壳类，它们都依赖于在其体内共生的细菌进行生化反应维持生命。这些细菌利用宿主提供的S、O、CO₂等进行一系列化学作用，合成碳水化合物等具丰富能量的分子，为宿主提供营养和能量。同时，为了容纳足够多的共生细菌产生食物，它们在大小上比正常的深海同种大得多，生长速率也更快。
（图三：热泉附近的管状蠕虫和双壳类）
在热泉区，蠕虫、多毛类、双壳类这些细菌共生者拥有较高的生物量，因而吸引了多种捕食者，包括蟹类、腹足类和鱼类。
（图四：海底热泉生态系总观）
总的来说，海底热泉生态系统依靠细菌的化能合成作用将热液带出的无机物转化为有机物，实现了地热能的固定并提供了消费者的营养来源。进一步研究发现，它们之所以分布在板块消减带上，是因为构造挤压应力有效地排放出富含无机化合物的孔隙水和甲烷气体，从而孕育了与化能合成细菌共生的热水生态系的底栖群落。
充分认识海底热泉生态系后，我们会发现这是一个不同寻常的生态系统，它无须阳光的能量输入，在高温、高压、强酸或强碱的严酷环境中，仍有细菌在生长、繁殖，这极大地改变了人们的观念。科学家推测，海底热泉可能就是原始生命的发源地。
其原因一是模拟海底热液系统可以合成大量有机分子甚至氨基酸。热泉口有高浓度的有机物、化学酸碱度梯度，足以进行各类生物分子材料的化学合成。高压和温度梯度条件也有利于生物大分子的自组织生长，可以形成复杂且具有高级功能的分子结构，并最终具有生物活性。实验室中，模拟条件下已经合成了NH₃、丙酮酸、有机硫化合物、C-H-N-O化合物、氨基乙酸等，并证实了该环境适合于高分子碳氢化合以及氨基酸形成。
二是生物大分子在高温热液环境下较为稳定。喷口溶液中的盐离子能有效保护氨基酸、RNA、DNA的结构：它们能屏蔽磷酸根的负电荷，阻止DNA的脱嘌呤和水解作用。此外，高压可以增强酶的热稳定性，蛋白质修复酶也可以使DNA在高温下保持稳定。
像这样，生物大分子的合成和保存都可以实现，海底热泉的确有发生生命起源的可能。
结语
海底热泉不仅是一种神奇的地貌景观，更是一个独特的生态系统；它向我们展示了生命的另一种可能。距离生命奇迹般地发生已去数十亿年，人类终于又来到这片孕育万物的水体，回望自己最初的来处。
参考文献：
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[2]韦志仁.生命的起源与高压生命科学[J].河北大学学报(自然科版),2013,33(02):210-217.
[3]冯军,李江海,牛向龙.现代海底热液微生物群落及其地质意义[J].地球科学进展,2005(07):732-739.
[4]栾锡武.现代海底热液活动区的分布与构造环境分析[J].地球科学进展,2004(06):931-938.
图片来源：
图一：《最早潜入深海的人，告诉你海底绿洲的秘密》.澎湃网
图二：阴家润,王薇薇.深海洋底热泉生态系和冷泉生物研究综述[J].地质科技情报,1995(02):31-36.
图三：《深海生命系统》.个人图书馆
图四：《没有阳光就没有生命，但海底热液口是例外，那里有独特的生态系统》.科学信仰孙晨
图文来源：地球科学学院
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