发现改变了对海底氢耗竭的理解

1970年代发现的热液喷口使海底的火山产生超过350摄氏度或662华氏度的热流体，从根本上改变了人们对地球和生命的认识。然而，如今，海底和海底的生活仍然是一个谜。

更好地了解这些火山活动区很重要，因为海底通风口的化学作用会更广泛地影响海洋化学作用。此外，海底的独特环境为生物和非生物过程提供了支持，这些过程提供了有关地球生命如何开始，生命如何随着时间持续以及其他行星体生命潜力的线索。

根据里海大学地球与环境科学系教授地球化学家吉尔·麦克德莫特(Jill McDermott)的说法，过去对热液排放流体化学的研究表明某些气体种类(例如分子氢)的减少。人们认为这些消耗是由生活在浅海底的微生物群落(统称为海底生物圈)引起的。

但是，McDermott及其同事的一项新研究结果与该假设相矛盾。研究人员分析了来自世界上最深的通风孔气源的气密性热液流体样本，该气源位于中开曼河中部的Piccard热液场，其深度为4970米，或低于海平面约16,000英尺。他们观察到样品中的化学变化，包括分子氢的大量损失，这只能是非生物(非生物)过程和热源(热分解)过程的结果，因为流体温度超出了支持寿命的极限，为摄氏122度或华氏250度左右或更低。

该结果今天在线发表在《美国国家科学院院刊》上的文章“热液混合区中的非生物氧化还原反应：地下生物圈的能源减少”中。其他作者包括：地质与地球物理高级科学家Christopher German和海洋化学与地球化学高级科学家Jeffrey Seewald，以及Woods Hole海洋学研究所海洋化学与地球化学研究助理III的Sean Sylva;麻省理工学院副教授小野秀平(Shehei Ono)。

麦克德莫特说：“我们的研究发现，化学的这些变化是由非生物过程驱动的，这些过程在微生物群落获得能量之前先除去了能量。” “这可能对限制全球地球化学循环可以维持深层生物圈的程度以及全球氢预算具有关键意义。”

她补充说：“这也意味着地下生物圈可能比以前任何人都意识到能量更少。大洋地壳中非生物氢消耗的程度可能会减少海底生物的生活影响，这是未来研究的重要目标。 ”

通过对溶解气体，无机化合物和有机化合物的化学分析，研究小组发现，低温流体样品源自海水与附近的Beebe Vents黑烟民之间的混合，因此得名，是因为从通风口排出的流体类似于黑烟。烟囱。麦克德莫特说，在这些混合流体样品中，许多化学物质的丰度高或低。气体量变化最大的样品的海底温度为149摄氏度或300华氏度，该温度太高而无法维持生命。因此，他们得出结论，造成地球化学变化的过程不能直接涉及生命。

他们确定导致这些化学位移的非生物反应包括硫酸盐的还原和生物质的热降解，并受到质量平衡因素，稳定的同位素测量和化学能学计算的支持。

在两次研究考察中，使用了Jason II和Nereus这两种远程操作的车辆采集了样品，这两种车辆均设计用于深水勘探并在世界海洋中进行各种科学研究。

西瓦尔德说：“这是一个非常令人兴奋的实地计划，为我们提供了一个难得的机会，来探索自然环境的化学与其所支持的生命之间复杂的相互作用。” “我们现在处于更好的位置来估计海底下可能存在的微生物寿命。”

Piccard热液场发现于2010年，位于加勒比大开曼岛以南。研究人员检查的流体样品在44至149摄氏度(111至300华氏度)的温度下通风，为研究小组提供了难得的机会来研究维持生命和非维持生命的环境之间的过渡。

“这项研究最酷的(热的)事情是，我们能够找到一组通风口，从生活中过热的地方到恰到好处的地方，” German说。“那组特别可爱的环境为海底下的生活可能(也可能)无法做的事情提供了新的见解。”

众所周知，热液喷口流体温度和化学成分的变化是控制整个世界海洋中地壳微生物群落结构和功能的重要控制。

McDermott说：“之所以存在这种关系，是因为热液为特定的微生物代谢反应提供了能量。” “但是，关于排放流体化学性质是由生命本身还是由非生命过程改变的相反问题，却是一个很少解决的重要问题。”

研究小组的发现可能有助于开拓一条新的探索途径，以评估除微生物过程外，非生物过程是否可作为能源供应的重要控制手段。

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