探秘冰冷海底的超高温“大气泡”

水的相态由其温度和压力条件控制。 当温度超过其压力下的气液分离温度时，液态水将转变为气态水。 在一个大气压下，纯水会在100摄氏度时蒸发。

在深海海底的高压环境下，海水的气化温度可达数百摄氏度。 那么，深海中是否存在大量的超高温气态水呢？ 中国科学院海洋研究所研究员严军研究团队给出了答案。

2018年“科学”号科考船深海热液航行中，利用我国自主研发的深海原位拉曼光谱探头，严军研究组网观测到冷冰面上存在气态水的证据第一次到海底。 5月28日，相关研究成果正式发表在《 》上。

深海热液区“三明治”倒置湖

深海热液系统孕育了丰富的矿产和遗传资源，被认为与生命起源有关，早已引起科学界的关注。

相分离是深海热液系统中流体成分的分化过程，对热液流体化学成分的演化具有重要影响。 当流体温度超过其压力下的两相分离温度时，低密度、低盐度、富含气体的气相将与盐水相分离。 然而，由于气相在上升并喷出海底时温度迅速下降，因此气相不能保留在海底上方。

“当我们经过深海热液区时，一团闪闪发光的海水吸引了我们。” 中国科学院海洋研究所研究员张欣告诉《中国科学报》。 发现大量的‘蘑菇状’热液烟囱结构形成了一个‘倒置的湖’，里面充满了大片的气泡水网。”

巨大的温度和密度差异形成的强烈的反光层，使倒置的湖面看起来平坦如光滑的镜子。 研究人员立即对倒湖水体不同层位进行拉曼光谱采集和温度测量。

拉曼光谱测量网结果表明，该区倒置湖水体呈现“三明治”层状结构。 自上而下依次为高温蒸汽相、热液和海水混合相，底部为正常海水相。 测温数据显示，“蘑菇状”结构顶部流体温度最高可达383.3摄氏度，已经超过该区域水深2180米处的相分离温度——378.1摄氏度。摄氏度。 这进一步验证了拉曼光谱的测量结果。 倒湖顶部是气态水，混合有CO2、CH4、H2S等气体成分。

这是中国科学家首次在深海热液区发现超高温气态水。

“大泡泡”被“碗”接住了

那么为什么气态水会持续存在于该地区的海底上方呢？ 这是由于该地区热液烟囱的独特结构所致。

“气态水就是达到了气化温度的水，相当于海底存在一个大气泡。但是这个大气泡并不会向上上升，因为气态水上面覆盖着一层热液硫化物矿物，相当于一个倒过来的碗，盖住了气泡。” 张欣解释道。

“蘑菇形”烟囱结构形成半封闭系统，将过热高温流体与周围低温海水隔离。 喷发的高温热液通过倒湖的镜面（气液界面）缓慢扩散到海水中。 这种特殊的喷发方式有利于热液硫化物在烟囱边缘沉淀，从而减少对海洋环境的影响。 金属元素的溶解和迁移受流体密度控制，因此低密度气相和超临界相热液喷发系统的元素分布和硫化物成矿过程与常规热液系统有显着不同。

目前，仅在洋中脊热液区观测到超临界相和气相热液喷发系统。 与系统相比，它具有更稳定的喷发条件。

深海热液摄影的“钻石”

“对此类气相热液喷发系统的原位探测将有助于揭示此类低密度气相热液喷发系统的热液硫化物成矿过程及其对深海环境的影响。” 张欣说道。

记者了解到，高温热液喷口的原位探测一直是世界性技术难题。 由于恶劣的高温、高压、强酸（碱）和浑浊流体环境，深海高温热液喷口一直被认为是光学镜头的禁区。

这一重大发现的取得，得益于我国自主研发的全球首个可直接插入450度深海热液喷口的深海原位拉曼光谱探头的应用。 该拉曼光谱探头成功突破了普通光学镜头耐低温、颗粒粘附性能差等技术瓶颈，为深海地球化学性质研究提供了首个多参数原位光学探测传感器。热液高温流体。 热液对海洋环境和全球变化的影响提供了一种新的方法。