作者：張雄 張鑫（分別係中國科學院海洋研究所博士研究生，研究員）

　　寂靜深海下的永凍土中，蘊藏著一種獨特的天然氣水合物——可燃冰。它是甲烷在極端的冷與(yu) 壓之下，被水分子緊緊擁抱，形成的如同宇宙塵埃凝結的閃亮冰晶。因其存在，這裏孕育出一個(ge) 比科幻小說還要奇異的生命舞台——深海冷泉區。地球內(nei) 部的化學魔法師——硫化氫與(yu) 甲烷，不斷湧出，為(wei) 深海“居民們(men) ”舉(ju) 辦了一場絢爛的能量盛宴。這些生命體(ti) ，不依賴陽光，卻能在化學反應的魔法下茁壯成長，構建出一個(ge) 完全獨立於(yu) 陽光的“異世界”。

　　可燃冰和它周圍的生態“舞者”們(men) ，共同演繹了一出生命力與(yu) 自然奇跡共存的宏大史詩。它不僅(jin) 擴展了我們(men) 對地球生命多樣性的理解，還激發了科學家們(men) 對宇宙生命可能性的無限遐想：在遙遠星球的某個(ge) 角落，是否也有著這樣的生命奇觀？

　　1、藏在海底深處的生命綠洲

　　海底並不是一無所有的荒漠—設想一次潛水旅行，帶你穿越到深海的幽暗深處，那裏隱藏著一個(ge) 令人眼花繚亂(luan) 的生命綠洲“冷泉生態係統”。這不是普通的泉水，而是深藏在海底的神秘力量源泉—可燃冰。這些不同尋常的冰塊，在特定條件下解體(ti) ，宛如深海中的魔法師，釋放出神秘而強大的流體(ti) 。這些看似平凡的流體(ti) ，其實攜帶著點燃深海生命之火的秘密元素：甲烷、硫化氫和二氧化碳。

　　在這個(ge) 遺世獨立的海底王國中，生活著一群不同尋常的居民—化能合成微生物。它們(men) 如同潛水船下的魔術師，將看似毫無生命跡象的物質轉化為(wei) 神秘的生命能量。這些微生物不依賴陽光，隻需吮吸冷泉釋放的化學精粹即可茁壯成長，成為(wei) 這片深海綠洲的守護神，維係著整個(ge) 生態係統的生命之輪持續轉動。

　　但深海冷泉的神奇遠不止於(yu) 此。它是一個(ge) 生物多樣性的寶庫，挑戰著科學家們(men) 探索生命極限的勇氣和智慧。冷泉生態係統顛覆了我們(men) 對生命能夠存在的環境的傳(chuan) 統認知，展現了在遙遠深海，生命如何利用化能合成技巧，在沒有陽光的環境中繁衍生息。從(cong) 微小的微生物到依賴它們(men) 的複雜生物體(ti) ，如管蟲、貽貝，冷泉生態係統構建了一個(ge) 錯綜複雜且自給自足的生態網絡。

　　特別值得一提的是，在中國南海的神秘深處，六個(ge) 冷泉區域仿佛是大自然精心繪製的藏寶圖，揭示著無盡的可能性和潛在的能源寶藏。這裏獨特的地質環境為(wei) 科學家們(men) 搭建了一個(ge) 完美的“自然實驗室”，使我們(men) 能深入研究冷泉生態係統的深奧，及其對地球環境造成的深遠影響。

　　隨著深海探測技術的躍進，從(cong) 隱秘的無人潛水器到勇敢的載人潛水艇，再到精確的深海著陸器，我們(men) 的探索手段愈發先進。這些探測使者不僅(jin) 讓科學家能夠揭開深海的神秘麵紗，還抓住了揭開冷泉生態細節的關(guan) 鍵線索。特別是耐久且高效的深海著陸器，已成為(wei) 深海研究的強大助力。利用這些尖端技術，科學家們(men) 實現了對冷泉區域的長期持續觀測，收集到了開啟新世界之門的寶貴數據。

　　中國科學院海洋研究所的團隊在深海極端環境探測領域取得了顯著的成就。科研團隊開發的深海原位監測係統在南海冷泉區的長期作業(ye) 不僅(jin) 標誌著中國深海研究的進步，也為(wei) 全球科學界提供了珍貴的洞見和數據。這些寶貴的長期監測成果為(wei) 我們(men) 深入理解冷泉噴發的神秘過程、生態係統的化學動力學，以及生物與(yu) 環境的互動提供了關(guan) 鍵的視角。

　　2、原位實驗室，探索深海冷泉區的利器

　　借助科技的力量，如今我們(men) 能夠看到，在深海冷泉區，普通的甲烷和硫化氫化身為(wei) 珍貴的化學元素，孕育了令人震驚的化能合成生態係統。在這個(ge) 自然界的戲劇舞台上，甲烷厭氧氧化古菌和硫酸鹽還原細菌成了主角，它們(men) 通過一項被稱為(wei) 甲烷厭氧氧化（AOM）的魔法過程，將化學能量轉化為(wei) 維係這片深海奇境生命的能量。

　　這場深入海底的探險之旅，不僅(jin) 對理解地球深處如何孕育頑強的生命至關(guan) 重要，還為(wei) 我們(men) 揭開全球碳循環的秘密，甚至是保護珍貴的生態多樣性提供了鑰匙。然而，深海的未知與(yu) 極端環境對科學家來說一直是一大挑戰，那些錯綜複雜的生物化學反應更是讓人困惑不解的謎團。

　　在解開深海之謎的旅程中，科研團隊已經取得了突破性進展—成功研製出一種先進的深海原位實驗室。這一創新成果是通過突破一係列關(guan) 鍵技術實現的，包括水下耐腐蝕技術和能源管理技術，同時還探索了新型的水下設備布放及回收模式。

　　這個(ge) 多功能的深海原位實驗室裝備了一係列尖端儀(yi) 器，能夠在深海極端環境中穩定工作。其裝備包括水下高清攝像機、溫度、深度和電導率測量儀(yi) （CTD）、聲學多普勒流速剖麵儀(yi) （ADCP）、聲學多普勒流速計（ADV）、多通道原位拉曼光譜儀(yi) 、高光譜儀(yi) 、重力儀(yi) 、磁力儀(yi) 、原位通量觀測儀(yi) 、海流計、二氧化碳/甲烷傳(chuan) 感器，以及30通道保壓流體(ti) 取樣器等。

　　這些高端裝備使實驗室能夠進行多方麵的海洋觀測，包括獲取高清影像資料、近海底的理化參數測量，以及保壓流體(ti) 樣本的采集。更令人興(xing) 奮的是，這個(ge) 深海實驗室還具備與(yu) 潛水器進行光學通信和大容量數據傳(chuan) 輸的能力。這意味著，研究人員能夠實時接收到深海觀測數據，極大地提高了研究效率和數據的實時性。

　　依托深海原位實驗室，科研團隊為(wei) 探索海底神秘領域敞開了全新的大門。這個(ge) 獨特的工具使科學家得以直接觀察冷泉流體(ti) 如何在海底沉積層快速轉變為(wei) 水合物，及其對周圍生命圈的深遠影響。這種前所未有的實驗方式，讓我們(men) 滿懷揭開冷泉噴發與(yu) 生態係統神奇共存之謎的希望，進一步加深了我們(men) 對深海秘境及其在全球生態係統中作用的理解。

　　3、可燃冰，英雄與(yu) 反派的雙重角色

　　可燃冰是深海冷泉區最重要的角色，它既是這裏的英雄，也是這裏的反派。

　　說它是英雄，它就像深海的電容器，充滿了能量，隨時準備為(wei) 生態係統注入活力—甲烷水合物的誕生和消逝就像是海洋版的充電和放電過程，巧妙地向我們(men) 展示了深海冷泉如何精妙地管理它的能量儲(chu) 備。

　　當深海的冷泉活躍起來，低溫和高壓的神秘環境促使甲烷與(yu) 水分子結合，形成了這種奇妙的甲烷水合物。這個(ge) 過程，就好比是自然界的能量充電站，給生態係統提供了一個(ge) 穩定的能量後備。即使冷泉的活躍度有所下降，這些精心“儲(chu) 存”的能量也能慢慢地釋放出來，通過“放電”來保證深海生命的持續繁榮。

　　在探秘這個(ge) 過程中，原位拉曼光譜和監測攝像成了我們(men) 手中的神秘鑰匙，揭開了深海生態係統如何應對能量波動的秘密。它們(men) 讓我們(men) 得以窺見冷泉如何影響其家園，展示了甲烷水合物在這場深海生命遊戲中扮演的關(guan) 鍵角色，確保了生態係統的平衡與(yu) 穩定。這不僅(jin) 讓我們(men) 更深入地理解了甲烷循環的穩定性，還揭示了生態係統如何巧妙地適應能量的自然波動。這一全新視角，對於(yu) 我們(men) 預測氣候變化對深海生態影響、探索未知生物多樣性，乃至開發可持續能源和管理碳循環具有重大意義(yi) ，開啟了一扇通向未知世界的大門，邀請我們(men) 勇敢探索。

　　但同時，可燃冰又是一個(ge) 大反派—它可能是全球氣候變化的隱形威脅。甲烷本身是一種擁有超能力的溫室氣體(ti) ，其力量遠超二氧化碳。一方麵，它如同潔淨能源的光明騎士，提供了比煤炭和石油更為(wei) 環保的能源選擇。但另一方麵，如果大量甲烷逃脫進入大氣，就可能引發全球氣候危機。想象一下，在地震或海底滑坡等自然界的劇變下，這些穩定儲(chu) 存的甲烷如同被打開的潘多拉之盒，一旦釋放，可能會(hui) 讓全球暖化的挑戰更加嚴(yan) 峻。

　　此外，在南海的海馬、陵水和Site F冷泉區，科研團隊進行了一項創新的實驗，探索了氣體(ti) 水合物在這些活躍冷泉噴口的上升和分解過程。這一研究揭示了一個(ge) 引人注目的現象：水合物膜的形成顯著提高了甲烷氣體(ti) 的穩定性，使其能夠攜帶甲烷上升到較淺的海洋層乃至大氣中。這一發現暗示，水合物膜可能是冷泉氣體(ti) 影響上層水體(ti) 和大氣環境的關(guan) 鍵傳(chuan) 輸機製；通過時間序列拉曼光譜和視頻監測，研究團隊詳細觀察了水合物形成的過程，發現冷泉流體(ti) 中的低鹽度可能促進了水合物的分解，釋放出純水並稀釋周圍環境。

　　這種現象提供了所謂的“水合物記憶效應”的佐證，解釋了冷泉環境中水合物能夠快速生成的原因；該團隊進一步通過開發新型納米材料，突破了在深海極端條件下進行表麵增強拉曼散射（SERS）檢測的技術障礙，創造了國際上首個(ge) RiP-SERS探針。利用這一探針，科研人員獲得了海馬冷泉口海水—沉積物界麵處生物信息分子的拉曼光譜數據，包括檢測到納摩爾級別的乙酰輔酶A和β-胡蘿卜素等生物大分子。這標誌著人類首次在原位條件下使用SERS技術獲取深海生物大分子的拉曼光譜數據，為(wei) 檢測深海微生物代謝產(chan) 物提供了一種新的方法。

　　此外，研究團隊還開發了一種基於(yu) 遙測拉曼探頭的氣體(ti) 發酵定量模型，專(zhuan) 門用於(yu) 海洋厭氧微生物的常規培養(yang) ，以及一種冷泉產(chan) 甲烷古菌代謝產(chan) 物的拉曼光譜定量分析方法；共聚焦顯微拉曼三維成像技術，以其低成本、快速、無需標記和非破壞性的特點，展示了定性、定量和可視化的完美結合潛力，為(wei) 研究提供了新的視角。

　　基於(yu) 這些技術進展，科研團隊構建了一套新的分析方法：在固態基底上對微生物群落進行拉曼三維定量原位分析。這種方法結合了光學可視化和拉曼定量分析，能夠在時間和空間兩(liang) 個(ge) 維度上無損地定量表征冷泉微生物群落的代謝過程，為(wei) 深入理解冷泉環境中的生物化學過程開辟了新的路徑。

　　探索還在繼續。科學家不僅(jin) 探尋深海冷泉生態的奧秘，也將更深入挖掘可燃冰在控製全球碳平衡和影響氣候變化大劇中的關(guan) 鍵角色。了解可燃冰這個(ge) 深海中的隱形守護者，對我們(men) 麵對全球氣候變化、環境保護乃至推進可持續能源進程至關(guan) 重要。它啟示我們(men) ，如何謹慎地平衡這把雙刃劍的力量，同時也提醒我們(men) 探索更多維持生態平衡、尋找清潔能源的必要性。

　　《光明日報》（2024年02月22日 16版）