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探秘极冷海底的超高温“大气泡”

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 “发现号”ROV深海机器人拍摄的倒置湖抬视图

“发现号”ROV深海机器人拍摄的倒置湖抬视图

在2018年“科学”号科考船深海炎液航次中,行使吾国自立研发的深海原位拉曼光谱探针,阎军课题组在极冷的海底首次不都雅测到气态水存在的证据。5月28日,有关钻研收获在《地球物理学钻研快报》上正式发外。

深海炎液区的“三明治”倒置湖

深海炎液编制孕育了雄厚的矿产和基因资源,更是被认为与生命首源有关,永远以来备受科学界关注。

相别离作用是深海炎液编制流体组分发生分异的过程,对炎液流体化学组分的演化有主要影响。当流体的温度超过其所处压力下两相别离温度时,矮密度、矮盐度、富气体组分的气相将与卤水相别离。但因为气相在上升和喷出海底的过程中,温度迅速降矮,使得蒸汽相无法在海底之上保持。

“当吾们路过深海炎液区时,一片闪闪发光的水体吸引了吾们。”中科院海洋钻研所钻研员张鑫通知《中国科学报》,“吾们挨近后,始末‘发现号’ROV深海机器人的高清摄像头发现,大量‘蘑菇型’炎液烟囱组织形成了‘倒置湖’,湖内足够大量闪闪发光的水体。”

庞大的温度、密度迥异形成的剧烈光逆射层,使倒置湖的湖面望首来如同平滑的镜面清淡坦平。钻研人员立即对倒置湖内水体分歧层位进走拉曼光谱采集和温度测量。

拉曼光谱的测量效果外明,该区域倒置湖内水体表现“三明治”式分层组织,从顶部至底部挨次为高温蒸汽相、炎液流体与海水同化相以及底层的平常海水相。温度测量数据外明,“蘑菇型”组织顶部流体的温度最高可达383.3摄氏度,已经超出了该区域2180米水深条件的相别离的温度——378.1摄氏度。这进一步验证了拉曼光谱的测量效果,倒置湖内顶部为气态水并混有CO2、CH4、H2S等气体组分。

这是吾国科学家首次在深海炎液区发现超高温气态水。

“大气泡”被“碗”扣住了

那么,产品展示气态水为何能在该区域的海底之上存留呢?这得好于该区域稀奇的炎液烟囱组织。

“气态水就是水达到了它的气化温度,这就相等于在海底存在一个大气泡。但这个大气泡不去上上升,因为是气态水上面盖了一层炎液硫化物的矿物,它相等于一个倒扣的碗,把这个气泡罩住了。”张鑫注释说。

“蘑菇型”烟囱组织形成了一个半封闭的体系,将过炎的高温流体与周围矮温海水阻隔。高温炎液喷发物始末倒置湖的镜面(气液界面)向海水中缓慢扩散,这栽稀奇的喷发模式有利于炎液硫化物在烟囱边缘沉淀,从而削弱对海洋环境的影响。金属元素的消融与运移受到流体密度的限制,所以矮密度气相和超临界相炎液喷发编制的元素分配和硫化物矿化过程,与通例炎液编制有清晰迥异。

现在,超临界相与气相炎液喷发编制仅在洋中脊炎液区被不都雅测到,此次在弧后炎液区不都雅测到的气相炎液喷发编制和洋中脊的超临界相与气相的喷发编制相比,具备更添安详的喷发条件。

深海炎液拍照的“金刚钻”

“对此类气相炎液喷发编制的原位探测,有助于展现此类矮密度气相炎液喷发编制的炎液硫化物矿化过程及其对深海环境的影响。”张鑫外示。

记者晓畅到,高温炎液喷口的原位探测不息是世界性技术难题,因为严格的高温、高压、强酸(碱)和污染的流体环境,深海高温炎液喷口不息被认为是光学镜头的禁区。

而这一壮大发现的取得,得好于吾国自立研发的国际首个可直接插入450摄氏度深海炎液喷口的深海原位拉曼光谱探针的行使。这一拉曼光谱探针成功突破了清淡光学镜头不耐高温暖防颗粒附着性能差等技术瓶颈,为深海炎液高温流体地球化学性质钻研挑供了首个众参数原位光学探测传感器,为钻研炎液流体对海洋环境和全球转折的影响挑供了一栽新手段。

本报记者 廖洋 通讯员 王敏