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　　近日，由深海科學(xué)研究部杜夢(mèng)然、張海濱、Shamik Dasgupta等人共同撰文在Cell Press合作期刊The Innovation第二卷第二期發(fā)表綜述文章 “Geology, environment and life of the deepest part of the world’s ocean”，彭曉彤為本文通訊作者 (投稿: 2021-01-08；接收: 2021-03-15；在線刊出: 2021-04-30)。 

　　本文從深淵地質(zhì)、深淵環(huán)境與深淵生命三方面及其相互作用進(jìn)行評(píng)述，總結(jié)了國(guó)際深淵科學(xué)的最新研究進(jìn)展。首次通過(guò)學(xué)術(shù)期刊發(fā)布中國(guó)萬(wàn)米載人潛水器“奮斗者”號(hào)海底科考高清影像，揭示了馬里亞納深淵獨(dú)特的地質(zhì)與生命現(xiàn)象，指出未來(lái)深淵科學(xué)發(fā)展的主要突破點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)高技術(shù)與國(guó)際合作是深淵科學(xué)騰飛的推動(dòng)力（圖1）。 

圖1 圖文摘要 

　　海斗深淵（簡(jiǎn)稱深淵），指海洋中深度大于6000米的海溝區(qū)域。全球共有深淵37個(gè)，其中5個(gè)萬(wàn)米級(jí)深淵（圖2）。從北到南依次為：千葉-堪察加海溝、馬里亞納海溝、菲律賓海溝、湯加海溝和克馬德克海溝。 

圖2 全球海斗深淵分布圖 

　　極端的深海環(huán)境孕育著地球上最神秘的生態(tài)系統(tǒng)。壓力大、溫度低、黑暗無(wú)光、構(gòu)造活躍、地震密集、生命奇特是深淵環(huán)境的主要特征。深淵與上層海洋、海底之間存在著廣泛的物質(zhì)和能量交換，是驅(qū)動(dòng)地球系統(tǒng)演化的關(guān)鍵一環(huán)（圖3）。每個(gè)海溝的俯沖板塊年齡、形成年代、地理位置、沉積物厚度及上層水體營(yíng)養(yǎng)狀況等方面存有差異，導(dǎo)致深淵地質(zhì)環(huán)境的多樣性。 

圖3 深淵地質(zhì)、深淵環(huán)境與深淵生命過(guò)程及其相互作用 

　　板塊俯沖是深淵區(qū)域地質(zhì)過(guò)程的主要驅(qū)動(dòng)力（圖4）。板塊俯沖造成板塊彎折，產(chǎn)生大量裂隙，巨量海水得以下滲至巖層深處。海水下滲的深度可達(dá)洋殼深處20余公里，甚至可下滲至上地幔內(nèi)5-7公里，導(dǎo)致大規(guī)模洋殼水合作用和上地幔水合作用的發(fā)生，后者也被稱為地幔橄欖巖蛇紋石化。已發(fā)生俯沖板塊水合作用的巖石圈在繼續(xù)俯沖的過(guò)程中，會(huì)進(jìn)一步發(fā)生脫水，釋放出大量流體，導(dǎo)致深淵區(qū)域密集的中深層地震。 

圖4 深淵構(gòu)造地質(zhì)模型與流體活動(dòng)  

　　俯沖板塊脫水釋放的流體極大地影響著上覆板塊流體活動(dòng)（圖4）。大部分流體進(jìn)入上覆板塊后，迫使弧前地幔發(fā)生蛇紋石化作用，形成的蛇紋石泥漿和流體沿上覆板塊裂隙上升至海底，在弧前區(qū)域形成大型蛇紋石化泥火山構(gòu)造。部分地幔楔因俯沖產(chǎn)生的構(gòu)造擠壓也可直接出露于深淵海底，與海水反應(yīng)發(fā)生蛇紋石化后可以支撐Lost City型堿性低溫?zé)嵋毫黧w活動(dòng)。最新研究表明，俯沖板塊洋殼上部基性巖石水合也可導(dǎo)致俯沖板塊內(nèi)淺層流體和泥漿的產(chǎn)生，在構(gòu)造擠壓力驅(qū)動(dòng)下，可直接在海底噴發(fā)，形成新型伊丁石化泥火山。 

　　深淵地質(zhì)、生命與環(huán)境之間存在著復(fù)雜的相互作用。與超基性巖蛇紋石化相關(guān)的流體活動(dòng)釋放支撐了深淵底部化能自養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)。新的證據(jù)表明，與基性巖水合/蝕變相關(guān)的流體活動(dòng)，亦可孕育深淵巖石圈內(nèi)的生命，而這些生命可能在地下14公里處仍能存活，可能是地球上最深的生物圈生命形式。俯沖板塊的脫水作用可能誘發(fā)地震，進(jìn)而影響深淵有機(jī)質(zhì)的輸入。水合/蝕變形成的沉積物質(zhì)可為深淵底部帶來(lái)大量碳、鐵等重要元素，進(jìn)而影響深淵底部生物地球化學(xué)循環(huán)。 

　　眾多新奇的底棲動(dòng)物棲息在深淵環(huán)境中，它們對(duì)深度具有明顯依賴性，主要依靠上層海洋沉降的有機(jī)質(zhì)維持生命，化能合成有機(jī)質(zhì)也可能是深淵底部有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)者之一。目前，有關(guān)深淵生命的起源、演化及環(huán)境適應(yīng)之謎尚未完全破解。值得注意的是，人類排放的多種污染物已在最深的海洋出現(xiàn)，深淵環(huán)境對(duì)人為污染展現(xiàn)出明顯的富集與放大效應(yīng)。這意味著在我們居住的地球上，已不存在真正意義上的“凈土”。 

　　總結(jié)和展望 

　　最新研究揭示了深淵發(fā)生的獨(dú)特地質(zhì)、生命與環(huán)境現(xiàn)象及過(guò)程。然而，我們對(duì)深淵的了解只是冰山一角。除少數(shù)幾個(gè)深淵外，全球大部分深淵尚未被人類觸及，深淵環(huán)境是地球上探索度最低且最神秘的生境。因此，它已成為當(dāng)今地球科學(xué)最前沿的研究領(lǐng)域之一。深淵地質(zhì)、環(huán)境與生命相互作用將是未來(lái)深淵科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要突破點(diǎn)。 

　　Du M., Peng X., Zhang H., et al. (2021). Geology, environment and life of the deepest part of the world’s ocean. The Innovation. 2(2),100109. https://doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100109 

　　The Innovation簡(jiǎn)介 

　　The Innovation是一本由青年科學(xué)家創(chuàng)辦的綜合性英文學(xué)術(shù)期刊；它由中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)百余會(huì)員與Cell Press于2020年5月共同創(chuàng)建；向科學(xué)界展示鼓舞人心的跨學(xué)科發(fā)現(xiàn)，鼓勵(lì)研究人員專注于科學(xué)的本質(zhì)和自由探索的初心。目前，有182位編委會(huì)成員，來(lái)自全球21個(gè)國(guó)家；51%編委來(lái)自海外；包含1位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，26位各國(guó)院士；學(xué)科領(lǐng)域覆蓋全部自然科學(xué)。