深海“黑烟囱”无机过程制造能源财富

2008-02-25 01:26

 

高度可达几十米的深海黑烟囱是海底热液活动区域的一道奇观。由于矿液与海水成分、温度的差异以及释放出的大量氢气会形成浓密的黑烟，遇到冷的海水后迅速降温，带出的矿物质结晶从而形成耸立于海底的"烟囱"。

美国科学家的一项最新研究表明，深海黑烟囱能够为人类带来意想不到的财富--天然气和石油产品。而令研究人员惊讶的是，这些有机分子是通过无机化学过程制造出来的，而非典型的对生物质材料的分解过程。相关论文发表在2月1日的《科学》杂志上。

众所周知，地球上绝大部分的石油和天然气都是历史上的生物在地下高温条件下逐渐腐烂分解演变形成的。不过，科学家在地球深处也发现了非生物烃，这些分子由无机材料比如岩石转变而来。

尽管此前在海洋中也发现了一些无机制氢的证据，但论文第一作者、美国Woods Hole海洋学研究所的Giora Proskurowski表示，"新的发现首次找到了确切的例子，证明在深海世界，烃类正以非生物的方式合成。"

黑烟囱的富氢环境有利于烃分子的化学合成。2003年，Proskurowski小组在中大西洋"失落之城"（Lost City）热液区收集到了冒出黑烟囱的液体。2005年，他们再次利用遥控潜水艇采集了更多样本。在最新的研究中，通过对样本中烃类进行同位素分析，研究人员发现，这些碳和氢原子更像是来自于地幔中而非洋底的生物质。

Proskurowski表示，为了准确取样，他们收集150毫升液体需要一个由9公斤钛包裹的容器，防止压力降低。此外，为了排除这些烃类源于生物材料的可能，他们分析了不止一种同位素。

研究小组分析了分别含一个、两个、三个和四个碳原子的碳氢化合物中，碳-13的总量。结果发现，随着碳原子数的增多，碳-13同位素的浓度会降低--这与生物材料分解形成烃类的趋势恰好相反。

研究人员认为，黑烟囱合成烃类利用的应该是化学合成中的费托方法（Fischer-Tropsch process），逐渐在富氢环境中创造出越来越大的烃分子。

研究人员还发现，他们采集的甲烷中不含碳-14同位素，这表明黑烟囱制造烃类的碳元素来源是地幔，与有可能参与全球碳循环的生命体相隔甚远。

美国科罗拉多大学大气与空间物理实验室的Tom McCollom评价说，"总有人怀疑这一过程中有生物学因素，新的研究的确为扫清这一疑虑提供了方法。"McCollom同时指出，还没有人知道深海到底有多少碳氢化合物，但考虑到"失落之城"的岩石类型在海洋中十分普遍，烃类的无机合成也应该是一种普遍现象。