冰與火:長期以來被懷疑的南極海底火山被發現

英國南極考察處繪製了12座海底火山的地圖,這些火山形成了熱液噴口,為以前未被發現的生命提供了支援。


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冰島被稱為“冰與火之地”,但新發現表明,南大西洋南桑威奇群島可以輕鬆取代這個稱號。除了構成這個南極群島的11個火山島嶼外,英國南極考察處 (BAS) 最近發現水面下潛伏著 12 座火山。*

儘管南桑威奇群島周圍環境冰冷,但由於火山(其中一些仍然活躍),它們擁有火熱的起源。“在過去一個世紀左右的時間裡,已經觀察到火山噴發,”BAS 科學家菲利普·利特說。除了 1956 年觀察到的大規模噴發外,2002 年開始的低級別噴發持續了六年。

在這兩次可見的地表火山反應之間,一座海底火山於 1962 年爆發。儘管沒有人直接觀察到那次活動,但科學家們在南極洲、紐西蘭和南美洲的海岸上衝刷上來大量浮石(一種充滿氣泡以至於可以漂浮在水面上的火山岩)時發現了這次噴發。

利特說,由於 1962 年的噴發,“我們知道附近某處存在海底火山”。當 BAS 派遣皇家科考船詹姆斯·克拉克·羅斯號 在南桑威奇群島周圍進行海底勘測時,使用多波束聲納繪製該區域地圖,研究人員發現了它們。聲納將聲波從物體上反射回來,並檢測回聲以確定到這些物體的距離;使用多個聲納波束可以繪製更大的區域,因此詹姆斯·克拉克·羅斯號 可以更快地覆蓋更大的海底區域。

研究團隊在 7 月 13 日舉行的第 11 屆南極地球科學國際研討會海報會議上宣佈,他們的調查發現了 12 座活躍海底火山(其中一些高達近三公里)以及更多火山遺蹟的存在。坍塌的火山形成了直徑約五公里的隕石坑。

除了加強島嶼地圖外,BAS 的調查可能有助於科學家瞭解海底噴發如何引起巨大的反應,例如海嘯。海底火山還創造了不僅有利於獨特生態系統的環境,而且還蘊藏著地球早期歷史的線索。

由於南桑威奇群島周圍的火山活動,熔融岩石潛伏在海底之下。當海水滲入海底裂縫時,它會遇到熱源併發生反應,然後以富含礦物質的熱水噴射出來,形成熱液噴口。這種噴口存在於海洋中構造活動頻繁的區域,創造了與南極洲寒冷水域中更典型的生物截然不同的生物居住的孤立熱水生態系統。

“水面上看起來像沙漠,”前 BAS 生物學家安德魯·克拉克說。“但水下卻遠非如此。那裡有著豐富的生命多樣性。”

儘管南極水域中的許多物種已經適應在接近冰點的溫度下生存,但熱液噴口的居民已經進化得可以在高溫下舒適地生活。從噴口噴出的水溫可能超過沸點。遠離噴口是從一個極端溫度到另一個極端溫度的旅程,從沸騰的海水到冰水(想想:從過熱的熱水浴缸到溫暖的夏季衝浪,再到八月份新英格蘭海灘勉強可以忍受的海水,再到同一個海灘的冬季游泳)——所有這些都在幾米的範圍內。

克拉克說:“在與光線隔離的情況下,整個系統都由化學物質驅動。” 從熱液噴口湧出的熱水富含溶解的硫,生活在噴口周圍的細菌會氧化硫以產生能量,依靠化學能而不是太陽能生存。與此同時,螃蟹和蝦等較大的捕食者以細菌為食。

利特說:“這是一個圍繞噴口本身建立起來的生態系統。” 熱液噴口的生態系統已在世界各地海洋中進行研究,從薩摩亞和湯加到大西洋中脊。儘管通常有一組生物傾向於生活在噴口周圍,但每個噴口都支援一個獨特的系統。正如克拉克所說,“有趣的事情之一是圍繞這些東西生長的動物非常不同。”

儘管該區域的地圖已經發布,但 BAS 生物學家仍在研究生活在熱液噴口中的生物,並將單獨釋出他們的研究結果。

除了硫之外,熱水還攜帶其他礦物質,例如金屬銅、鉛、鋅和金。當它們漂移到較冷的水中時,它們會凝固並形成礦床。從歷史上看,陸地上許多含金屬礦石都起源於與這些熱液噴口非常相似的環境。“回顧歷史,曾經有大量的這類火山,”利特說。研究它們可以幫助我們瞭解現在內陸的金屬如何逐漸從海洋轉移到大陸內部的過程。

更正(2011 年 8 月 30 日):此句在釋出後進行了編輯,以更正南桑威奇群島的數量。

Sophie Bushwick is tech editor at 大眾科學. She runs the daily technology news coverage for the website, writes about everything from artificial intelligence to jumping robots for both digital and print publication, records YouTube and TikTok videos and hosts the podcast Tech, Quickly. Bushwick also makes frequent appearances on radio shows such as Science Friday and television networks, including CBS, MSNBC and National Geographic. She has more than a decade of experience as a science journalist based in New York City and previously worked at outlets such as Popular Science,Discover and Gizmodo. Follow Bushwick on X (formerly Twitter) @sophiebushwick

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