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“深海之窗2019”——探秘大西洋海底

2020-11-30  自然科学...

颜色鲜艳的“泡泡糖珊瑚”。

2019年6月,美国国家海洋与大气管理局“俄刻阿诺斯探索者号”科考船开始了第100次科考任务——“深海之窗2019”。此次考察的范围是美国东海岸附近的深海区域,很多区域是科学家以前从未探索过的。

在考察的第一阶段,科学家们利用先进的深水测绘系统(如集束声呐、多普勒海流探测仪等)和遥控潜水车,对这些海域的地质和水文条件进行了探测。第一阶段的测绘工作旨在收集这些区域的基本信息,以便进一步的勘探和研究。

第二阶段任务主要是 “深海发现者”(简称“D2”)遥控潜水车作业。D2遥控潜水车进行了19次潜水,潜水深度为250~4000米,对深海珊瑚栖息地、海底峡谷、海底冷泉和中层水域进行勘探。D2还配备了先进的抽吸式采样器,这种类似吸尘器的采样器能最大限度地减少对样品的损伤,适合用于采集水母、海绵等“娇嫩”的生物。下面,让我们跟随“深海之窗2019”的考察团队去看一看。

对某处海底陡崖多次探测的结果。
A.2014年的卫星探测结果,只显示了大致高度差;
B.此次考察中对这一区域的多波段测绘结果;
C.遥控潜水车实地探测时拍摄的照片。

D2遥控潜水车正准备下水。

传统采样机械臂(左)和最新型的抽吸式采样器(右)。

多样的栖息地

海底峡谷

海底峡谷是位于海底大陆坡上的“河谷”,峡谷两侧是峭壁,谷中有浊流通过,带来大量沉积物。海底峡谷及其周围的地形、水流和沉积物可能相当复杂。峡谷底形态与其形成过程相关,一般认为浊流侵蚀是海底峡谷形成的主要原因,但海底滑坡、地震和其他地质活动也会影响海底峡谷的形成。

在海洋生态学家眼中,海底峡谷是不可忽视的“热点”。因为海底峡谷生态系统通常多样性很高,生物密度和物种丰富度远高于附近的平坦海床。海底峡谷地形复杂、水流情况多变,这意味着它能为不同习性的海洋生物提供多样化的栖息地。此外,海底峡谷的生物多样性通常与深度密切相关,峡谷越深,生态系统的垂直结构就越复杂,生物多样性也越高。

海底峡谷是深海珊瑚的乐园,这些珊瑚“扎根”于峡谷坚实的基质中,谷中浊流卷起的有机物颗粒为它们提供大餐。大片深海珊瑚丛为鱼类、甲壳类、海星等动物提供了栖息地。海参等底栖动物生活在海底峡谷底部的软质沉积物中,它们摄取沉积物表层的养分,在海底峡谷生态系统的物质循环中起到关键作用。

深海峡谷中的峭壁(A)、谷底沉积物层(B)和岩石露头(C)为不同生物提供了多样的栖息环境。

海底冷泉

探索海底冷泉也是此次科考的重点之一。冷泉是硫化氢、甲烷或其他烃类流体渗漏的海底区域,通常以盐水池(海中洼地,其内部海水盐度远高于周围海水)的形式存在。冷泉的“冷”是相对于热泉(也称热液喷口)而言的。热泉温度在60℃以上,最高可超过400℃。冷泉渗流的温度比热泉低得多,但通常比周围海水温度稍高。

冷泉周围的生物多样性通常较高,因为冷泉能够为附近的生物群落提供很多能量。冷泉生物群落的基础是化能自养微生物,这些微生物(包括细菌和古菌)能将冷泉渗出的甲烷等物质合成为供其他生物利用的大分子有机物。这些微生物中有一些是自由生活的,它们聚集在一起,在海底形成了毛毡样的微生物垫;另一些生活在管虫或贻贝等动物体内,与它们建立了共生关系:微生物为宿主动物提供食物,动物为共生微生物提供庇护。

研究人员用集束声呐探索海底冷泉的位置。

海底冷泉渗出的气体形成气泡,附近是白色的微生物垫。

海底冷泉附近的深海贻贝群。

深海珊瑚丛

当提到珊瑚时,大多数人想到的是热带浅海珊瑚礁。实际上,深海中也生活着很多珊瑚,它们为许多鱼类和无脊椎动物提供庇护所、繁殖地和食物,在深海生态系统中扮演着重要的角色。

常见的深海珊瑚包括竹珊瑚、黑珊瑚、软珊瑚等。浅海珊瑚通常与藻类共生,其绚丽的色彩来自不同藻类。虽然深海中几乎没有阳光,藻类不能生存,但深海珊瑚的颜色也并不单调。

角珊瑚又名黑珊瑚,得名于它们黑色的骨骼。黑珊瑚骨骼由蛋白质和几丁质组成,具有一定韧性。另一类常见的深海珊瑚是竹珊瑚。竹珊瑚白色的骨骼呈现出明显的分节,就像竹节一样。

科学家在“布雷克高原”底部发现了大规模的深海珊瑚丛,将其称为“珊瑚高速路”。

深海珊瑚生长缓慢,脆弱的骨架也很容易被扰动破坏。考察发现,人类活动已经对深海珊瑚丛造成了很大的影响。虽然我们离深海很远,但人类制造的垃圾可以对那里造成毁灭性的影响。此次考察中,科学家在海底发现了不少垃圾,包括废弃的渔具、塑料袋和铝罐等。

竹珊瑚(左)和黑珊瑚(右)是深海珊瑚中比较常见的种类。

断裂的竹珊瑚的底部露出了碳酸盐沉积形成的生长环。珊瑚的生长环类似于树木的年轮,科学家可以利用这些环来判断珊瑚的年龄,以及了解海洋环境的变化。

海底一些垃圾与海洋生物十分相似,如一种珊瑚(左)与塑料碎片(右)。

丰富多彩的生物

通过遥控潜水车,科学家可以近距离观察深海生物的“日常生活”,了解生物与环境之间、不同生物之间的相互作用。遥控潜水车记录了很多珍贵的影像,包括一些生物独特的行为模式,这是只有实地考察才能得到的重要信息。

鱼类

此次考察拍摄到的鱼类大多是科学家熟悉的老面孔,其中金眼鲷、多锯鲈等都是重要的经济鱼类,它们都依赖深海珊瑚提供食物和栖息地。

A.金眼鲷是当地一种重要的经济鱼类。
B.正在捕食的通鳃鳗。
C.在1610米深的海底发现的深海鲟鱼。
D.深海狗母鱼,视力极差,依靠胸鳍特化的触须来感知周围环境。

棘皮动物

棘皮动物主要包括海星、海蛇尾、海胆、海参和海百合等几类。科学家在此次考察中观察到了不少有趣的棘皮动物,例如像一块金黄色饼干的“饼干海星”,像抱枕一样鼓囊囊的黏液海星等。海蛇尾和海星比较相似,只是五只腕足又细又长。遥控潜水车还拍摄到了海蛇尾将细长的腕足缠绕在珊瑚上的景象。

A.一种海百合。

B.“饼干海星”。

C.新发现的一种海蛇尾。

D.海蛇尾缠绕在珊瑚上。

头足类动物

章鱼和鱿鱼等头足类动物也是深海栖息地中的常住居民。科学家观察到有一种章鱼在洞穴中孵卵,在此过程中它们几乎一动不动,其体色却会发生变化。

章鱼守护着洞穴中的卵。

多种多样的头足类动物。

抢食的鲨鱼

科学家在操纵遥控潜水车探索一处海底山丘时,意外发现了一群抢食的鲨鱼。近距离观察发现:一条身长约2.5米的剑鱼尸体躺在海底,看上去刚死去没多久,至少有11条小型鲨鱼围着它打转,疯狂地撕咬剑鱼的皮肤和肌肉。这时,一条巨大的多锯鲈从鲨鱼群附近游过,一口吞下了一条鲨鱼。

在黑暗无光的深海,来自上层海域的动植物残骸是重要的有机碳来源。当一些大型动物(如剑鱼、鲸等)沉入海底,深海动物就能享用一顿大餐。

一般情况下,深海鲨鱼不会成群行动或聚集在一起,除非附近有大量食物。作为相对较小的顶级掠食者,深海鲨鱼需要花费大量时间寻找猎物。当大量食物突然出现时,它们会从较远的地方迅速赶来,然后最大限度地摄取食物。这种迅速发现和定位猎物的能力对深海鲨鱼的生存和生长至关重要。但科学家尚不清楚它们是如何做到这一点的。

一群鲨鱼在抢食剑鱼尸体。

多锯鲈吞食鲨鱼。

吃鱼卵的螃蟹

在一处海底峡谷中,遥控潜水车拍摄到一只红蟹栖息在海底一块白色的地方。仔细一看才发现,这里有一大片鱼卵,科学家推测这是杜父鱼的卵。科学家观察到这只螃蟹用鳌足钳起鱼卵送入口中。一些微小片脚类动物(甲壳目动物,大多食腐)在螃蟹的口器上爬行,可能在吞食食物残渣。过了一会儿,一只体形更大的帝王蟹从旁边经过,本来在慢悠悠进食的红蟹钳起一长串黏在一起的鱼卵,迅速离开了。

双重寄生

遥控潜水车拍摄到奇特的寄生现象:一只桡足动物(黄色)寄生在一条鳕鱼身上,而它身上也寄生着水蛭(白色)。

(本文图片来自美国国家海洋与大气管理局) (编译 施洋洋 责任编辑 何若雪)

文章来源微信公众号:自然科学探索发现

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