浙江大学海洋学院与海洋二所合作研究 首次揭示深海热液羽流动力学对热液喷口生物空间分布的影响机制

浙江大学海洋学院贺治国教授团队与自然资源部第二海洋研究所海底科学重点实验室韩喜球研究员团队开展多学科交叉合作研究，揭示了深海热液羽流动力过程对热液喷口特有生命系统演变的关键控制作用。

该研究的相关成果以题为“The role of hydrodynamics for the spatial distribution of high-temperature hydrothermal vent-endemic fauna in the deep ocean environment”的论文，在国际环境科学顶级期刊 Science of the Total Environment 最新发表。

深海热液喷口是20世纪最重要的科学发现之一，高温热液流体携带大量的硫化氢、甲烷和溶解态金属通过热液喷口喷出海底，在喷口周边形成了由化能自养微生物支撑、不依赖太阳光能的海底黑暗生态系统，繁衍着大量特殊的生物群落，如管虫、盲虾等，具有极高的生物生产力。这一独特的化学合成生态系统，让科学家提出了生命有可能起源于热液喷口环境的假说。理论上，深海洋流能够把热液羽流携带的物质输送到很远距离，然而观测发现热液喷口生物主要存在于喷口附近百米范围内，其原因和关键控制因素是困扰科学界的难题。

海底热液喷口及生态系统示意图

围绕这一问题，研究团队构建了热液流体动力学和粒子输运耦合数值模型，从流体动力学角度解释全球不同喷口区生物群落的分布规律。研究首次建立了热液羽流浮升与深层海水耦合流场、溶质与不同粒径及密度颗粒物质输运特性、以及微生物、浮游动物和底栖动物等生物群落生长之间的内在联系，发现随热液涌出的大量溶质态和细颗粒物质会被羽流形成的强烈卷吸作用回流到喷口周边，而大部分粗颗粒物质都会靠近喷口沉积，从而为喷口区不同生物群落的生长提供了食物和能量来源。

该研究工作揭示了深海热液羽流及其物质输运对喷口特有生物群落空间分布的影响机制，为后续深入认识海底热液喷口生命群落的演变及进化机制奠定了基础。

热液喷口生物分布和热液物质输运计算结果比较图

相关研究工作得到团队承担的国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目资助；数值计算工作得到浙江大学舟山校区高性能计算中心支持。

（陈潇弛 张浩阳）

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166714