什么?海底会“吐泡泡”

什么?海底会“吐泡泡”


ROV拍摄到的海底蛤类生物与上升的气泡(蓝色箭头标注)。


在神秘的海底世界,有很多有趣的地质现象。比如,有些地方的海底会“吐泡泡”。这其实是岩石圈浅部以甲烷为主的气泡,偶尔在浮力的作用下克服岩石的物理封闭作用进入到海水中。科学家称之为“羽状流”。

在“吐泡泡”的海底附近,往往会形成包含碳酸盐成分的岩石,通常这里生存着诸如蛤类、贻贝类等海底生物,也会有不喜欢氧气但是偏爱甲烷的另类微生物,它们围绕着渗漏出来的甲烷构建起一个个海底“家族”,这种独特的局部地质和生态环境便是冷泉。例如:2015年在南海发现的海马冷泉,活动区域可达数百平方千米。

冷泉羽状流的真实面目是大量的无色透明的气泡在海水中快速上升,每个气泡的直径为若干毫米,并且会随着上升不断地增大,直至破裂。如果是在深海条件下,气泡在上升过程中还会伴随发生水合物的相态变化,1990年发表在国际顶级学术期刊《科学》中的论文便详细地描述了这一有趣的过程:在海底喷出羽状流的地方倒扣一个透明的杯子,可以看到喷出的气泡进入到杯子后,立刻变成半透明乳白色的小冰球,整体上形成类似于冰葡萄的形状,这便是在喷出的气泡周围迅速形成并裹上了一层固态水合物。把杯子不断向上提,这些“冰葡萄”会逐渐开裂,变成类似于果冻、冰淇淋的样子,最终在水深360米左右完全变回成气泡。

这种由羽状流带来的“海水泡泡”持续时间从小时到数年不等,气泡的喷出在物理学上的体现是岩石圈压力的间歇性释放。伴随着这种压力释放,海底形成各种地貌形态,例如压力释放后岩石会变得不稳定发生垮塌,形成坑状;压力释放还会把许多泥质岩石从地下带到海底,堆积形成像火山一样海底景象。这种泥火山在全球范围中都有所发现,例如巴伦支海Hakon Mosby泥火山,直径约有1.5千米,推测形成于距今20万至33万年以前,在2002至2003年喷出的羽状流可高达750米,估算每年释放出来的气体高数百万吨。

冷泉羽状流的出现通常指示着局部地区大量甲烷的存在,而甲烷在合适的海水深度以下会形成水合物,因此冷泉羽状流可以看作是寻找天然气水合物矿藏的路标。

在深海环境中,羽状流还会出现在热液活动区。地壳板块在扩张过程中地球深部的岩浆会侵入到浅部乃至进入到海水中,这些岩浆会与周围的岩石和海水发生化学作用从而形成热液活动区,喷出的热液羽状流成分主要为硫化物、硅酸盐、氢氧化物、二氧化碳等,有时会形成黑烟或白烟。

作者:李昂 单位:中国地质调查局青岛海洋地质研究所)

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