冰与火:长期以来被怀疑的南极海底火山被发现

英国南极考察处绘制了12座海底火山的地图,这些火山形成了热液喷口,为以前未被发现的生命提供了支持。


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冰岛被称为“冰与火之地”,但新发现表明,南大西洋南桑威奇群岛可以轻松取代这个称号。除了构成这个南极群岛的11个火山岛屿外,英国南极考察处 (BAS) 最近发现水面下潜伏着 12 座火山。*

尽管南桑威奇群岛周围环境冰冷,但由于火山(其中一些仍然活跃),它们拥有火热的起源。“在过去一个世纪左右的时间里,已经观察到火山喷发,”BAS 科学家菲利普·利特说。除了 1956 年观察到的大规模喷发外,2002 年开始的低级别喷发持续了六年。

在这两次可见的地表火山反应之间,一座海底火山于 1962 年爆发。尽管没有人直接观察到那次活动,但科学家们在南极洲、新西兰和南美洲的海岸上冲刷上来大量浮石(一种充满气泡以至于可以漂浮在水面上的火山岩)时发现了这次喷发。

利特说,由于 1962 年的喷发,“我们知道附近某处存在海底火山”。当 BAS 派遣皇家科考船詹姆斯·克拉克·罗斯号 在南桑威奇群岛周围进行海底勘测时,使用多波束声纳绘制该区域地图,研究人员发现了它们。声纳将声波从物体上反射回来,并检测回声以确定到这些物体的距离;使用多个声纳波束可以绘制更大的区域,因此詹姆斯·克拉克·罗斯号 可以更快地覆盖更大的海底区域。

研究团队在 7 月 13 日举行的第 11 届南极地球科学国际研讨会海报会议上宣布,他们的调查发现了 12 座活跃海底火山(其中一些高达近三公里)以及更多火山遗迹的存在。坍塌的火山形成了直径约五公里的陨石坑。

除了加强岛屿地图外,BAS 的调查可能有助于科学家了解海底喷发如何引起巨大的反应,例如海啸。海底火山还创造了不仅有利于独特生态系统的环境,而且还蕴藏着地球早期历史的线索。

由于南桑威奇群岛周围的火山活动,熔融岩石潜伏在海底之下。当海水渗入海底裂缝时,它会遇到热源并发生反应,然后以富含矿物质的热水喷射出来,形成热液喷口。这种喷口存在于海洋中构造活动频繁的区域,创造了与南极洲寒冷水域中更典型的生物截然不同的生物居住的孤立热水生态系统。

“水面上看起来像沙漠,”前 BAS 生物学家安德鲁·克拉克说。“但水下却远非如此。那里有着丰富的生命多样性。”

尽管南极水域中的许多物种已经适应在接近冰点的温度下生存,但热液喷口的居民已经进化得可以在高温下舒适地生活。从喷口喷出的水温可能超过沸点。远离喷口是从一个极端温度到另一个极端温度的旅程,从沸腾的海水到冰水(想想:从过热的热水浴缸到温暖的夏季冲浪,再到八月份新英格兰海滩勉强可以忍受的海水,再到同一个海滩的冬季游泳)——所有这些都在几米的范围内。

克拉克说:“在与光线隔离的情况下,整个系统都由化学物质驱动。” 从热液喷口涌出的热水富含溶解的硫,生活在喷口周围的细菌会氧化硫以产生能量,依靠化学能而不是太阳能生存。与此同时,螃蟹和虾等较大的捕食者以细菌为食。

利特说:“这是一个围绕喷口本身建立起来的生态系统。” 热液喷口的生态系统已在世界各地海洋中进行研究,从萨摩亚和汤加到大西洋中脊。尽管通常有一组生物倾向于生活在喷口周围,但每个喷口都支持一个独特的系统。正如克拉克所说,“有趣的事情之一是围绕这些东西生长的动物非常不同。”

尽管该区域的地图已经发布,但 BAS 生物学家仍在研究生活在热液喷口中的生物,并将单独发布他们的研究结果。

除了硫之外,热水还携带其他矿物质,例如金属铜、铅、锌和金。当它们漂移到较冷的水中时,它们会凝固并形成矿床。从历史上看,陆地上许多含金属矿石都起源于与这些热液喷口非常相似的环境。“回顾历史,曾经有大量的这类火山,”利特说。研究它们可以帮助我们了解现在内陆的金属如何逐渐从海洋转移到大陆内部的过程。

更正(2011 年 8 月 30 日):此句在发布后进行了编辑,以更正南桑威奇群岛的数量。

Sophie Bushwick is tech editor at 大众科学. 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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