海底大搬家

　　在深達數千米的海洋底處，生長著一片片的“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勃勃，而且依靠一種神秘的力量，不斷地進行海底大搬家。
　　
　　大洋中脊——海底黑煙囪的發源地
　　
　　這個故事先要從大洋中脊說起。大洋中脊是海洋深處的巨大山脈，那里同時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。有時候，這些火山會露出海面，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構，但直到20世紀50年代，通過大量的海洋調查，科學家們才對其分布有了比較全面的認識。
　　正是因為大洋中脊深處巖漿不斷上升，所以大洋中脊附近有一種特殊的地質奇觀——熱液出口。
　　這種結構類似陸地上的溫泉。它是這樣形成的：冷的海水順著海底巖石的縫隙進入洋殼的深部，接觸到被巖漿灼熱的巖石后發生反應。反應后的海水變成高溫、高壓、富含礦物質的水，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，形成了一個個高高低低、像煙囪般的噴口。“煙囪”噴出來的熱液如果含有豐富的金屬離子和硫離子，當熱液與冷的海水混合時，黑色的金屬硫化物即迅速沉淀下來，就會形成“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，就會成為冒出二氧化硅和石膏的“白煙囪”。
　　
　　“玫瑰花園”—— 熱液生態圈
　　
　　大洋中脊不僅孕育了海底黑煙囪這樣的地質奇觀，更令人驚奇的是，在這個被陽光“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（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時，意外發現，在熱液出口附近，有一片甚至比熱帶雨林更為生機勃勃的生物群落。
　　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。科學家們給這里取了一個浪漫的名字——“玫瑰花園”（Rose garden）。
　　美麗的“玫瑰”，就是現在幾乎已經成為海底熱液生態系統典型代表的管狀蠕蟲（tubeworm）。管狀蠕蟲是一種大型環節動物，生活在熱液口附近溫度為15～20℃的地方。
　　從此，寂寞的海底因為有了“玫瑰花園”而熱鬧起來。
　　和我們常見的基于光合作用的生態系統不同，熱液出口處的生態系統是基于化能合成作用的。在這個小系統中，能夠利用熱液里面的硫化物獲取能量的細菌是最基本的生物。在這些細菌提供的能量的基礎上，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下潛到深達2400多米的東太平洋中脊，在那里，親眼目睹了長達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，它們看起來都活得很愜意。
　　
　　中尺度渦——搬家順風車
　　
　　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”，壽命并不長久。因為熱液出口極不穩定，有時候會突然發生大規模地噴發。
　　隨著研究的不斷深入，海洋學家們發現了一個奇怪現象：比較大型的噴發發生時，熱液出口附近的生物幾乎都會死亡；但噴發過后，生物群落很快又會重新出現在新的熱液出口。
　　也許你會覺得，新群落的出現是很自然的現象；但海底生物群落中與化能合成細菌共生、處于最基礎營養級的管狀蠕蟲，要“搬個家”并非易事。首先，海底的溫度非常低。在我們觀測的東太平洋海底，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。人們曾經認為是大洋中脊附近的海流把幼蟲帶過去的，不過，科學家們觀測發現，海底的海流非常弱。另一方面，距離我們觀測到的噴發后又有生物出現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送到這么遠的地方去的。
　　那還會有什么力量充當了更強大的“順風車”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的海面凸起或下凹，伴隨著這些海表面特征會有比較強的海流，而這些海流大多圍繞著凸起或下凹的中心做順時針或逆時針運動。它不但對海洋的熱量、動量傳輸有貢獻，還會影響海洋的生產力，因為伴隨著這些渦旋，會有較強的上升或者下降流，而這對海洋中營養物質的垂向輸運相當重要。
　　2004年到2005年，我們在東太平洋中脊區域放置了十幾個海流計，把它們都掛在錨定在海底的浮子上面，這樣，它們就能用來測量海底不同深度的海流變化。此外，我們還布放了可以測量生物幼蟲數目及沉積物的儀器。通過觀測，我們發現，大多數時候，大洋中脊附近的流場比較弱，也很穩定；但在某段時間，流動會突然出現反向并且強度也會明顯增強。當我們分析同時期的衛星資料時發現，在海底流速劇變的時候，有一個直徑300多千米的中尺度渦旋正好經過我們的觀測點。然后，結合數值模型及生物幼蟲和沉積物的觀測數據，我們推測出：正是海面的那個渦旋影響到了幾千米深的海底，它導致的海流讓熱液口的蠕蟲幼蟲搭上了搬家的順風車。
　　此外，我們還發現：在太平洋東部的這些中尺度渦旋的強度和數量，跟給人類帶來眾多災難的厄爾尼諾現象之間有一定關系。這就是說，當厄爾尼諾現象發生時，不但我們人類會受到影響，連躲在海底幾千米的生物也會通過這些渦旋被間接影響到。
　　這也告訴我們，地球是一個高度耦合的系統，真可算得上是“牽一發而動全身”。
　　【責任編輯】 趙 菲