黑煙囪復(fù)合體

黑煙囪復(fù)合體指由多個或多期黑煙囪噴發(fā)形成的構(gòu)筑物。

中文名稱

黑煙囪復(fù)合體

英文名稱

black smoker complex

定　　義

由多個或多期黑煙囪噴發(fā)形成的構(gòu)筑物。

應(yīng)用學(xué)科

海洋科技（一級學(xué)科），海洋科學(xué)（二級學(xué)科），海洋地質(zhì)學(xué)、海洋地球物理學(xué)、海洋地理學(xué)和河口海岸學(xué)（三級學(xué)科）

生態(tài)復(fù)合體（ecological complex）這個概念是鄧肯在1959年提出的。他認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)也可以看作是由四個關(guān)聯(lián)變量所組成的功能相互依賴的生態(tài)復(fù)合體，這四個關(guān)聯(lián)變量就是人口（Population）、組織（Organization）、環(huán)境（Environment）、 技術(shù) （Technology）， 簡稱為 POET生態(tài)復(fù)合體。

對POET生態(tài)復(fù)合體四個關(guān)聯(lián)變量的一般定義如下：人口這個變量一般被定義為結(jié)構(gòu)化的人類群體。人口的特征、規(guī)模和構(gòu)成一般隨所研究單位的不同而不同。一個鄰里地區(qū)的人口很明顯會與作為整個大都會地區(qū)的人口完全不同。組織這個變量的定義是人口在環(huán)境中為了供養(yǎng)自身而形成的各種結(jié)構(gòu)。例如，各種不同的社會為了克服相同的生存問題而形成的各種適應(yīng)組織。環(huán)境這個變量一般被界定為所有外在于人口的現(xiàn)象，包括影響它的其他社會系統(tǒng)。在這四個關(guān)聯(lián)變量中環(huán)境可能是最重要的，因為它決定了其中人口必須適應(yīng)的極限。另外，環(huán)境還是原材料的惟一來源。 環(huán)境的特征最終決定了人口的規(guī)模及其適應(yīng)的本質(zhì)。不過，環(huán)境會由于第四個變量—技術(shù)而被劇烈地改變。技術(shù)由人口在適應(yīng)其環(huán)境中所使用的技能、工具和人工制品所構(gòu)成。技術(shù)制造物如電話或計算機(jī)能改變組織，而這反過來又能影響到人口開發(fā)環(huán)境的能力。生態(tài)復(fù)合體中四個關(guān)聯(lián)變董之間的關(guān)系如圖1所示。

POET生態(tài)復(fù)合體這四個關(guān)聯(lián)變量盡管是相互作用的，但人口和組織一般被傾向于認(rèn)為是依變量，而環(huán)境和技術(shù)則被認(rèn)為是獨立變量。因此， 鄧肯比較強(qiáng)調(diào)環(huán)境和技術(shù)的變化對作為整體的生態(tài)復(fù)合體演化的重要性。 他認(rèn)為當(dāng)環(huán)境和技術(shù)這兩個因素發(fā)生變化時，人口規(guī)模和組織能力也會相應(yīng)發(fā)生變化，從而帶來作為整體的系統(tǒng)的擴(kuò)張。“生態(tài)擴(kuò)張……可以概括為生態(tài)復(fù)合體四個變量的一個公式：即技術(shù)積累加速加劇了對環(huán)境的開發(fā)，從而帶來了人口轉(zhuǎn)變和組織革命”（Duncan，O. 1964，75）。

鄧肯提出的生態(tài)復(fù)合體的價值之一就在于它提供了一套組織和描述生態(tài)變項關(guān)系的概念工具，為生態(tài)學(xué)家分析生態(tài)系統(tǒng)提供了簡化的手段，而且在對任何生態(tài)系統(tǒng)的最初研究時都可以確定一組關(guān)系。不過，在鄧肯看來，POET生態(tài)復(fù)合體的最大價值還在于它對分析社會變遷的作用上。鄧肯認(rèn)為“人類生態(tài)學(xué)的最基本要求就是要最好地解釋演化的結(jié)構(gòu)”（Dun- can，O. 1964，45）。他認(rèn)為，生態(tài)過程是一個不斷前進(jìn)、變化與自我調(diào)適的過程。他將生態(tài)社區(qū)概念化為尋求均衡的過程。也就是說，引起POET生態(tài)復(fù)合體變化的力量來自外部，外在的變化影響到 POET 生態(tài)復(fù)合體中的一個或多個元素的變化，從而引發(fā)了一系列的調(diào)整適應(yīng)，直到系統(tǒng)又達(dá)到某種新的平衡為止。 POET生態(tài)復(fù)合體提出后被生態(tài)學(xué)家廣泛用于分析各種社會變遷現(xiàn)象。

1871年，達(dá)爾文在一封信里這樣寫道：“生命最早很可能在一個熱的小的池子里面。”后來，這個“熱的小池子”被稱做“原始湯”。但是由于當(dāng)時條件限制，對于“原始湯”的研究一直沒有進(jìn)展。直到100多年之后的1977年，美國科學(xué)家在加拉巴戈斯群島海底找到了它。海底“黑煙囪”的發(fā)現(xiàn)及其研究是全球海洋地質(zhì)調(diào)查近幾十年取得的最重要的科學(xué)成就。

1977年，美國“阿爾文號”深潛器潛到了加拉巴戈斯群島深海，在那里測得深層海水高達(dá)8攝氏度，同時海底出現(xiàn)白色的巨型蛤類。這種反常的現(xiàn)象引起專家們的關(guān)注，到了1979年，“阿爾文號”又重新來到這里，并且還帶了很多生物學(xué)家一同前往。正是這次的研究，揭開了“深海熱液生物群”的神秘面紗。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，海底熱液帶出大量硫化物，遇水冷卻后形成巨大的“黑煙囪”，約350℃的含礦熱液從直徑約15厘米的煙囪中噴出，與周圍海水混合后，很快產(chǎn)生沉淀變?yōu)椤昂跓煛保恋砦镏饕纱劈S鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦和銅-鐵硫化物組成。

2009年10月中國自主研制的水下機(jī)器人“海龍2號”在東太平洋海隆海底發(fā)現(xiàn)罕見巨大“黑煙囪”并成功取樣，中國“大洋一號”科考船于10月23日使用“海龍2號”太平洋赤道附近洋中脊擴(kuò)張中心，找到高26米、直徑約4.5米的巨大“黑煙囪”，并獲約7公斤“黑煙囪”噴口的硫化物樣品。

自1977年后30年里，科學(xué)家在世界各地的大洋海底相繼發(fā)現(xiàn)海底熱液和“黑煙囪”，包括臺灣東北角的龜山島。并在“黑煙囪”旁發(fā)現(xiàn)很多生物，形成與人們常識迥異的生物群和食物鏈。最具有代表性的生物是3米長的管狀蠕蟲，這類蠕蟲沒有口腔和肛門，靠體內(nèi)的硫細(xì)菌供給營養(yǎng)。個體大有利于一次性大量取食，也有利于迅速運動到達(dá)食物源，能夠忍耐長期饑餓。黑煙囪與含礦液體的運移通道共同組成了金屬硫化物的成礦環(huán)境，并可以在地層中保留下來，成為研究當(dāng)時古大洋環(huán)境的重要樣本。

大量的海底調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，在海底黑煙囪周圍廣泛存在著古細(xì)菌，這些古細(xì)菌極端嗜熱，可以生存于350℃的高溫?zé)崴?000－3000米的深水環(huán)境中，為古老生命的孑遺。黑煙囪噴出的礦液溫度可高達(dá)350℃，并含有CH4、CN等有機(jī)分子，為非生物有機(jī)合成，如此環(huán)境可以滿足各類化學(xué)反應(yīng)，有利于原始生命的生存?？茖W(xué)研究表明只有地球早期的環(huán)境才與此類似，科學(xué)家們?yōu)榇颂岢隽嗽忌鹪从诤５缀跓焽柚車睦碚?，認(rèn)為地球早期水熱環(huán)境和嗜熱微生物可能非常普遍，地球早期的生命可能就是嗜熱微生物。

世界各地在對不同時代古大洋地質(zhì)記錄（蛇綠巖）進(jìn)行廣泛的調(diào)查時，先后在日本、德國、美國、加拿大等地找到了古海底黑煙囪的殘片及相關(guān)塊狀硫化物。但是，大多數(shù)硫化物的時代很少大于6億年，老于25億年古海底黑煙囪記錄還不多見，盡管在加拿大和澳大利亞發(fā)現(xiàn)了26億－27億年前的金屬硫化物礦產(chǎn)，但尚無海底黑煙囪殘片的報道。

“黑煙囪”附近生物鏈的生存環(huán)境，與太古代生命起源時期類似。太古代時期沒有綠色植物，沒有光合作用產(chǎn)生的大量氧氣。此外，光合作用也可能起源于熱液的“黑煙囪”。科研人員在大西洋深海的“黑煙囪”，發(fā)現(xiàn)有一種蝦的背上有感光區(qū)，能夠感知藍(lán)綠光線。另外，美國科學(xué)家在5000米深的海底曾關(guān)閉深潛器燈光5 分鐘，在熱液口發(fā)現(xiàn)光線?！斑@種光顯然被最早的某一種生物利用了，這個時候光合作用效率高的優(yōu)越性就顯示出來了，把生物的演化往前推進(jìn)。由此，科學(xué)家預(yù)測生命的起源很可能就是從海底的‘黑煙囪’開始的。”2100433B

黑煙囪四周有種類和數(shù)量都十分豐富的海洋生物。一般深海的溫度只有0℃，而海底熱泉活動頻繁的黑煙囪附近水溫卻高達(dá)350℃到400℃。據(jù)推算，水深每增加10米，水壓就會增大1個大氣壓，好比在水深4000米的海底，一個成年人身上要承受上百噸的壓力。在這樣惡劣的環(huán)境下，怎么可能還有生物呢？為了解開這個謎，科學(xué)家們進(jìn)行了艱苦卓絕的探索。1980年，日本科學(xué)家乘坐考察船在太平洋加拉帕戈斯群島附近考察，在一個海淵里90℃的熱水中，發(fā)現(xiàn)了僵死的細(xì)菌?？茖W(xué)家們繼續(xù)下潛探察細(xì)菌的來源，在2650米深處，發(fā)現(xiàn)了活動力極強(qiáng)的細(xì)菌。而這里的水溫為250℃，水壓為2700萬帕斯卡。原來，那些90℃的熱水中發(fā)現(xiàn)的僵死細(xì)菌，是被熱水推到水深較淺的水域"凍死"的或者是忍受不了內(nèi)部的壓力"爆炸"而死的。