自然界里存在着一种天然的、不断喷涌“浓烟”的“烟囱”，它们非常壮观，但许多人一辈子可能都没有看过。
 

初识“黑烟囱”

这样的“烟囱”被称为深海热液喷口，它们是深藏海底的热泉，近似于陆地上的天然温泉。当海水沿海底裂隙向下渗流，受岩浆热源的加热，再集中向上流动并喷发，就形成了“烟囱”一样的深海热液喷口。

就像人类的烟囱一样，海底的“烟囱”也会冒出不同颜色的“烟”。根据海底热液温度及喷出的矿物成分的不同，一般将海底热液烟囱划分为黑烟囱、白烟囱和低温喷口。海底“黑烟囱”通常位于海底正在张开的地壳板块之间，这里的火山活动频繁，海水可以被加热到300~400℃的温度。“烟囱”形如柱状圆丘，喷出的黑烟富含高浓度的硫化物。

1979年，科学家在加拉帕戈斯群岛（就是让达尔文产生进化论灵感的地方）首次发现了海底“黑烟囱”。当时，美国的阿尔文号（Alvin）载人深潜器正在该岛附近深度约1650~2610米的海底进行探测，突然发现数十个冒着黑色和白色烟雾的液柱喷出，蔚为壮观。在此之后，科学家们在大西洋、印度洋、北冰洋、红海也发现了许多“黑烟囱”。
 

黑烟囱写真神器——深潜器

想观察海底“黑烟囱”可不简单，需要借助非常先进的技术手段、潜水和取样设备。利用深潜器深入海底可以实地直接观察黑烟囱，并进行相关的观测和取样，是揭开黑烟囱神秘面纱的重要法宝。世界上仅有少数国家有能力开展海底“黑烟囱”的研究。拥有6000米以上深度载人潜水器的国家更是凤毛麟角，目前包括美国、日本、法国、俄罗斯和中国。

2007年，我国“大洋一号”科考船在2800米深的西南印度洋中脊上发现了“黑烟囱”，用租用的自主水下航行器，拍到大量正在“冒烟”的“黑烟囱”，命名为“龙旂（qí）”，即“龙之旗帜”的意思。

中国科考队首次在南海发现的古热液烟囱。图片：同济大学
 

中国自行设计、自主集成研制的载人潜水器——“蛟龙号”，在2010年就实现了最大下潜深度7062.68米的目标，不仅移动灵活，还能进行近距离的摄像和取样，可称得上是国之重器，为我们揭开深海奥秘立下大功。2017年，我国科学家利用“蛟龙号”，在西北印度洋成功发现了27处海底“黑烟囱”。
 

黑烟囱的“生命绿洲”

黑烟囱喷吐着灼热的液流，其中的硫化物和重金属，很多对人类都是有毒的，仿佛是地狱般的场景。然而，在这个没有阳光照射、了无生机的深海中，黑烟囱却创造出一个“生命绿洲”。这里的“居民”依靠黑烟囱等海底热液口释放的地热和物质生活，被称为“黑暗生物圈”。

尽管黑烟囱活动区的温度极高，但它四周是冰冷的海水，水温很快就降到生命可以承受的程度。黑烟囱喷出的大量硫化物、甲烷等化学物质，为微生物提供充足的能量，其它动物则依靠这些微生物合成的有机物为食物来源。

热液群落中生活着蠕虫、蛤类、贻贝类、蟹类、水母、藤壶等动物，以热液群落中的盲虾为例，它们身上生活着多种嗜硫细菌，细菌把剧毒硫化物转化为能量，盲虾取食身体表面的细菌，数量较少的热液鱼则以盲虾等为食。生活在加拉帕戈斯裂谷“烟囱”周围的巨型管状蠕虫（Riftia pachyptila），身体顶端长着鲜红色的羽毛状结构，用来给体内的细菌提供营养，展开时如同海底开满了红色的花朵，因此得到“玫瑰花园”的美称。

生机盎然的黑烟囱成为了解地球上生物群落的一扇新窗口。据统计，科学家在海底热液区新发现的物种已达10个门、500多个种属，大部分为热液环境所独有。

深海热液口极端的生态环境以及丰富的生物资源，使得深海热液口微生物及其次生代谢产物，在抗肿瘤、抗衰老、抗氧化等领域具有重要的研究价值，成为未来宝贵的生物基因和医药资源，而硫氧化菌“吃”硫的特性，已经被应用在治理石油污染等环保领域。
 

除此以外，黑烟囱也能帮助我们了解生命的起源。最新研究发现，至少在37.7亿年前，深海热液喷口及其周围就存在微生物活动的证据，这可能代表着地球上最早期的生命形式。也许生命起源之谜的答案，就蕴藏在“黑烟囱”里。

本文转载自@我是科学家iScientist，作者@孙美静、@刘杰。

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