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熱液噴泉

地殼內部高熱將經由海床裂隙滲入地殼的海水,加熱噴出海底而形成的噴泉。
熱液噴泉溫度可高達400℃,由於這些高溫的海水在向上穿過地殼岩石時溶解了大量的礦物質,噴出海底接觸到冰冷的海水時,礦物快速結晶,在噴出口周圍堆積成煙囪狀的結構物,又因噴出的熱液多含硫化物顏色深暗,被稱為「黑煙囪」。有的地方噴出的熱液溫度較低,其中所含的礦物為顏色較淡的鈣、矽化合物等,熱液顏色較淡,稱為「白煙囪」。由於熱液噴泉處能讓含高濃度礦物成分的熱液快速的接觸到冰冷海水的環境,使得這裡成為地球上成礦作用最快速的地方。礦物結晶形成的煙囪一天之內可以增長30公分高。
除了高效率的散熱、極快速的成礦作用,海底熱液噴泉最受人注意的是生活在熱液噴泉周遭的特殊生物群落。海底熱液噴泉多在深度2,000公尺之下的海底,不見天日,水壓極大,加上噴出的物質中劇毒的硫化氫含量極高,過去認為沒有生物能在這種環境下生存。1977年美國科學家搭乘載人的研究潛艇,潛到東太平洋脊上進行中洋脊岩漿活動觀測時,發現在中洋脊一處有熱液噴泉,生活了大量的特殊生物群。這類生物群隨後在世界上許多有熱液噴泉的海底都被觀察到,科學家也發現了新的、依靠「化學合成作用」(而非地球上生物靠「光學作用」)來製造生命所需的物質。
熱液噴泉處有一種吃硫的細菌,能行「化學合成作用」,把海水中的氧、硫化氫和二氧化碳轉換成碳酸鹽、硫和水。而其他的生物或和這種細菌共生(如管狀蟲),或掠食這些細菌,而發展出一個非常特殊的生態系。這個特殊的生態系必須依靠熱液噴泉才能生存,一但熱液不再噴發,這個生態系也就隨之死亡。由於熱液噴泉處的環境和地球形成早期的環境相當類似,因此許多學者希望研究這種行「化學合成作用」的生物群,找尋生命的起源。事實上,這種行「化學合成作用」的生物群,並非只在熱液噴泉處被發現,科學家也發現,另外一種能把甲烷轉換成生命所需物質的細菌,在海底冷泉(海床上冒出低溫的流體,而非高溫的流體)的環境下,形成特殊的生物群落。
臺灣東北方的沖繩海槽中有許多熱液噴泉,利用載人或無人潛艇下潛到海底進行實地觀測時,也見到大量的「化學合成作用」生物群落。此外,在臺灣西南海域富含天然氣水合物的地區,臺灣與日本的學者也在海底發現大量冷泉生物群落,顯示臺灣周遭海域豐富多變的海洋環境,可提供學者從事研究熱液噴泉與冷泉及其生物群落。

撰稿者:劉家瑄
最後修訂日期:98年09月24日