深海「黑煙囪」無機過程製造能源財富

 

高度可達幾十米的深海黑煙囪是海底熱液活動區域的一道奇觀。由於礦液與海水成分、溫度的差異以及釋放出的大量氫氣會形成濃密的黑煙，遇到冷的海水後迅速降溫，帶出的礦物質結晶從而形成聳立於海底的"煙囪"。

美國科學家的一項最新研究表明，深海黑煙囪能夠為人類帶來意想不到的財富--天然氣和石油產品。而令研究人員驚訝的是，這些有機分子是通過無機化學過程製造出來的，而非典型的對生物質材料的分解過程。相關論文發表在2月1日的《科學》雜誌上。

眾所周知，地球上絕大部分的石油和天然氣都是歷史上的生物在地下高溫條件下逐漸腐爛分解演變形成的。不過，科學家在地球深處也發現了非生物烴，這些分子由無機材料比如岩石轉變而來。

儘管此前在海洋中也發現了一些無機制氫的證據，但論文第一作者、美國Woods Hole海洋學研究所的Giora Proskurowski表示，"新的發現首次找到了確切的例子，證明在深海世界，烴類正以非生物的方式合成。"

黑煙囪的富氫環境有利於烴分子的化學合成。2003年，Proskurowski小組在中大西洋"失落之城"（Lost City）熱液區收集到了冒出黑煙囪的液體。2005年，他們再次利用遙控潛水艇採集了更多樣本。在最新的研究中，通過對樣本中烴類進行同位素分析，研究人員發現，這些碳和氫原子更像是來自於地幔中而非洋底的生物質。

Proskurowski表示，為了準確取樣，他們收集150毫升液體需要一個由9公斤鈦包裹的容器，防止壓力降低。此外，為了排除這些烴類源於生物材料的可能，他們分析了不止一種同位素。

研究小組分析了分別含一個、兩個、三個和四個碳原子的碳氫化合物中，碳-13的總量。結果發現，隨著碳原子數的增多，碳-13同位素的濃度會降低--這與生物材料分解形成烴類的趨勢恰好相反。

研究人員認為，黑煙囪合成烴類利用的應該是化學合成中的費托方法（Fischer-Tropsch process），逐漸在富氫環境中創造出越來越大的烴分子。

研究人員還發現，他們採集的甲烷中不含碳-14同位素，這表明黑煙囪製造烴類的碳元素來源是地幔，與有可能參與全球碳循環的生命體相隔甚遠。

美國科羅拉多大學大氣與空間物理實驗室的Tom McCollom評價說，"總有人懷疑這一過程中有生物學因素，新的研究的確為掃清這一疑慮提供了方法。"McCollom同時指出，還沒有人知道深海到底有多少碳氫化合物，但考慮到"失落之城"的岩石類型在海洋中十分普遍，烴類的無機合成也應該是一種普遍現象。