崂山实验室在深海海底发现大型含氢热液筒群

近日，崂山实验室研究人员在深海极端环境探测领域取得重要突破，首次在深海发现大型含氢热液筒群。相关研究成果以“Large hydrogen hydrothermal pipe swarm identified in the deep ocean”（《深海发现大型富氢热液筒群》）为题，在线发表于国际综合性期刊《Science Bulletin》（《科学通报》）。研究成果由崂山实验室联合中国科学院海洋研究所研究人员共同完成。

深部蛇纹石化驱动的海底热液系统是寻找海底天然氢气的重要构造类型之一。自Lost City碱性热液系统在大西洋中脊被发现以来，引起了广泛讨论。蛇纹石化反应产生的富含氢气的碱性热液流体，孕育和供养了特殊的深海极端生态系统，也释放了大量清洁能源氢气。目前，由蛇纹石化反应驱动的热液系统仅在靠近洋中脊的转换断层（板块边界）附近被发现，而在广袤的板块内部，是否同样存在此类热液系统，至今尚无相关研究报道。

在崂山实验室和基金委共同组织的NORC2023-583共享航次中，基于高精度多波束扫描在西太平洋的东卡罗琳板块内发现了一系列巨型“麻坑”群，利用“奋斗者”号载人潜水器开展了近底探查，观测到猛烈的热液流体活动。这些麻坑发育在穆绍海沟的俯冲板块之上，距离海沟约80公里，坑体直径在450至1800米，深度在30至130米范围内。这些巨型圆坑的坑壁陡峭，底部较平，与常规麻坑形态差异显著，而与“金伯利岩筒”的形态近似，因此这些圆坑被称为“热液筒”，整个圆坑群被命名为“昆仑”热液筒群。原位探测数据表明，昆仑热液流体的温度高于18℃，富含氢气组分，浓度约在5.9-6.8 mmol/kg，并且其喷发的碱性热液流体在碳酸盐补偿深度（CCD）之下形成了巨厚的碳酸盐岩。

综合探测结果表明该热液筒群是一个由俯冲活动引起的海底深部蛇纹石化反应主导的板内热液系统，蛇纹石化产生的氢气滋养了以氢气为能量来源的化能生态系统。昆仑热液筒群的发现不仅刷新了对深海热液系统成因机制的认知，其释放的富含氢气组分的碱性热液流体及形成的特殊形态的海底圆坑可以为地球早期生命提供稳定、持续的演化环境；同时昆仑热液筒群具有高氢气通量特征，为解析海底深部氢气形成与运移机制，寻找潜在的海底氢能开发区域，提供了理想的天然试验场。

图1昆仑热液筒群的地理位置及地形特征。

(a) 昆仑热液筒群及穆绍海沟所处的区域位置。

(b) 昆仑热液筒群发育在穆绍海沟的俯冲板块之上，距离海沟约80公里。

(c) 昆仑热液筒群发育在穆绍海沟西侧的正地形之上，由约20个坑体直径在450至1800米，深度在30至130米范围的巨型圆坑组成。其中四个被命名为“崂山”、“珠山”、“鹿回头”、“问海”的热液筒被“奋斗者”载人潜水器开展了近底探查。

图2基于深海原位拉曼光谱探测系统获取的昆仑热液流体的拉曼光谱。

(a) “奋斗者”载人潜水器的机械臂手持拉曼探针开展原位拉曼光谱的采集。

(b) 昆仑热液流体的拉曼光谱，溶解态氢气的拉曼特征峰位于4132 cm-1，硫酸根的拉曼特征峰位于984 cm-1，以水的OH弯曲振动峰（1650 cm-1）为内标峰开展溶解态氢气和硫酸根的定量分析。

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ht tps://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209592732500355X