近日，国家自然科学基金共享航次计划“2022年度载人深潜-板块俯冲起始机制重大科学考察航次”（以下简称“NORC2023-583航次”）在深海极端环境探测领域取得重要突破，首次在深海发现大型含氢热液筒群。相关研究成果以“Large hydrogen hydrothermal pipe swarm identified in the deep ocean”（《深海发现大型富氢热液筒群》）为题，在线发表于国际综合期刊《Science Bulletin》上。

深部蛇纹石化驱动的海底热液系统是寻找海底天然氢气的重要构造类型之一。自Lost City碱性热液系统在大西洋中脊被发现以来，引起了广泛讨论。蛇纹石化反应产生的富含氢气的碱性热液流体，孕育和供养了特殊的深海极端生态系统，也释放了大量清洁能源氢气。目前，由蛇纹石化反应驱动的热液系统仅在靠近洋中脊的转换断层（板块边界）附近被发现，而在广袤的板块内部，是否同样存在此类热液系统，至今尚无相关研究报道。

2024年9月17日至11月14日，NORC2023-583航次赴西太平洋穆绍海沟这一关键海区进行科学考察，基于高精度多波束扫描在西太平洋的东卡罗琳板块内发现了一系列巨型“麻坑”群，利用“奋斗者”号载人潜水器开展了近底探查，观测到猛烈的热液流体活动。这些麻坑发育在穆绍海沟的俯冲板块之上，距离海沟约80公里，坑体直径在450至1800米，深度在30至130米范围内。这些巨型圆坑的坑壁陡峭，底部较平，与常规麻坑形态差异显著，而与“金伯利岩筒”的形态近似，因此这些圆坑被称为“热液筒”，整个圆坑群被命名为“昆仑”热液筒群。原位探测数据表明，昆仑热液流体的温度高于18℃，富含氢气组分，浓度约在5.9-6.8 mmol/kg，并且其喷发的碱性热液流体在碳酸盐补偿深度（CCD）之下形成了巨厚的碳酸盐岩。

图1 昆仑热液筒群的地理位置及地形特征。

（a）昆仑热液筒群及穆绍海沟所处的区域位置。（b）昆仑热液筒群发育在穆绍海沟的俯冲板块之上，距离海沟约80公里。（c）昆仑热液筒群发育在穆绍海沟西侧的正地形之上，由约20个巨型圆坑组成。其中四个被命名为“崂山”“珠山”“鹿回头”“问海”的热液筒被“奋斗者”载人潜水器开展了近底探查

图2 基于深海原位拉曼光谱探测系统获取的昆仑热液流体的拉曼光谱。

（a）“奋斗者”载人潜水器的机械臂手持拉曼探针开展原位拉曼光谱的采集。（b）昆仑热液流体的拉曼光谱，溶解态氢气的拉曼特征峰位于4132 cm^-1 ，硫酸根的拉曼特征峰位于984 cm^-1，以水的OH弯曲振动峰（1650 cm^-1）为内标峰开展溶解态氢气和硫酸根的定量分析。

综合探测结果表明该热液筒群是一个由俯冲活动引起的海底深部蛇纹石化反应主导的板内热液系统，蛇纹石化产生的氢气滋养了以氢气为能量来源的化能生态系统。昆仑热液筒群的发现不仅刷新了对深海热液系统成因机制的认知，其释放的富含氢气组分的碱性热液流体及形成的特殊形态的海底圆坑可以为地球早期生命提供稳定、持续的演化环境；同时昆仑热液筒群具有高氢气通量特征，为解析海底深部氢气形成与运移机制，寻找潜在的海底氢能开发区域，提供了理想的天然试验场。

NORC2023-583航次为“西太平洋地球系统多圈层相互作用重大研究计划”（简称西太计划）针对西太计划核心科学问题三“西太平洋板块俯冲与地球深部流固相互作用”设立的重大科学考察航次。

航次首席科学家孙卫东研究员和航段负责人张鑫研究员为该论文共同通讯作者，李连福副研究员、张洪运高级工程师为该论文共同第一作者。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209592732500355X