黑煙囪復(fù)合體簡(jiǎn)介

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

中文名稱(chēng)

黑煙囪復(fù)合體

英文名稱(chēng)

black smoker complex

定　　義

由多個(gè)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(jí)學(xué)科），海洋科學(xué)（二級(jí)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(jí)學(xué)科）

生態(tài)復(fù)合體（ecological complex）這個(gè)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(gè)關(guān)聯(lián)變量所組成的功能相互依賴(lài)的生態(tài)復(fù)合體，這四個(gè)關(guān)聯(lián)變量就是人口（Population）、組織（Organization）、環(huán)境（Environment）、 技術(shù) （Technology）， 簡(jiǎn)稱(chēng)為 POET生態(tài)復(fù)合體。

對(duì)POET生態(tài)復(fù)合體四個(gè)關(guān)聯(lián)變量的一般定義如下：人口這個(gè)變量一般被定義為結(jié)構(gòu)化的人類(lèi)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(gè)鄰里地區(qū)的人口很明顯會(huì)與作為整個(gè)大都會(huì)地區(qū)的人口完全不同。組織這個(gè)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(huì)為了克服相同的生存問(wèn)題而形成的各種適應(yīng)組織。環(huán)境這個(gè)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(huì)系統(tǒng)。在這四個(gè)關(guān)聯(lián)變量中環(huán)境可能是最重要的，因?yàn)樗鼪Q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(lái)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(guò)，環(huán)境會(huì)由于第四個(gè)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(huà)或計(jì)算機(jī)能改變組織，而這反過(guò)來(lái)又能影響到人口開(kāi)發(fā)環(huán)境的能力。生態(tài)復(fù)合體中四個(gè)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(gè)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(dú)立變量。因此， 鄧肯比較強(qiáng)調(diào)環(huán)境和技術(shù)的變化對(duì)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(gè)因素發(fā)生變化時(shí)，人口規(guī)模和組織能力也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化，從而帶來(lái)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(gè)變量的一個(gè)公式：即技術(shù)積累加速加劇了對(duì)環(huán)境的開(kāi)發(fā)，從而帶來(lái)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(jià)值之一就在于它提供了一套組織和描述生態(tài)變項(xiàng)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(jiǎn)化的手段，而且在對(duì)任何生態(tài)系統(tǒng)的最初研究時(shí)都可以確定一組關(guān)系。不過(guò)，在鄧肯看來(lái)，POET生態(tài)復(fù)合體的最大價(jià)值還在于它對(duì)分析社會(huì)變遷的作用上。鄧肯認(rèn)為“人類(lèi)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(guò)程是一個(gè)不斷前進(jìn)、變化與自我調(diào)適的過(guò)程。他將生態(tài)社區(qū)概念化為尋求均衡的過(guò)程。也就是說(shuō)，引起POET生態(tài)復(fù)合體變化的力量來(lái)自外部，外在的變化影響到 POET 生態(tài)復(fù)合體中的一個(gè)或多個(gè)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(huì)變遷現(xiàn)象。

1871年，達(dá)爾文在一封信里這樣寫(xiě)道：“生命最早很可能在一個(gè)熱的小的池子里面?！焙髞?lái)，這個(gè)“熱的小池子”被稱(chēng)做“原始湯”。但是由于當(dāng)時(shí)條件限制，對(duì)于“原始湯”的研究一直沒(méi)有進(jìn)展。直到100多年之后的1977年，美國(guó)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(guó)“阿爾文號(hào)”深潛器潛到了加拉巴戈斯群島深海，在那里測(cè)得深層海水高達(dá)8攝氏度，同時(shí)海底出現(xiàn)白色的巨型蛤類(lèi)。這種反常的現(xiàn)象引起專(zhuān)家們的關(guān)注，到了1979年，“阿爾文號(hào)”又重新來(lái)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(kāi)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?chē)Ｋ旌虾螅芸飚a(chǎn)生沉淀變?yōu)椤昂跓煛?，沉淀物主要由磁黃鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦和銅-鐵硫化物組成。

2009年10月中國(guó)自主研制的水下機(jī)器人“海龍2號(hào)”在東太平洋海隆海底發(fā)現(xiàn)罕見(jiàn)巨大“黑煙囪”并成功取樣，中國(guó)“大洋一號(hào)”科考船于10月23日使用“海龍2號(hào)”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(tái)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(shí)迥異的生物群和食物鏈。最具有代表性的生物是3米長(zhǎng)的管狀蠕蟲(chóng)，這類(lèi)蠕蟲(chóng)沒(méi)有口腔和肛門(mén)，靠體內(nèi)的硫細(xì)菌供給營(yíng)養(yǎng)。個(gè)體大有利于一次性大量取食，也有利于迅速運(yùn)動(dòng)到達(dá)食物源，能夠忍耐長(zhǎng)期饑餓。黑煙囪與含礦液體的運(yùn)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(lái)，成為研究當(dāng)時(shí)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?chē)鷱V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(mǎn)足各類(lèi)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(lèi)似，科學(xué)家們?yōu)榇颂岢隽嗽忌鹪从诤５缀跓焽柚車(chē)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(duì)不同時(shí)代古大洋地質(zhì)記錄（蛇綠巖）進(jìn)行廣泛的調(diào)查時(shí)，先后在日本、德國(guó)、美國(guó)、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(shí)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(jiàn)，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(wú)海底黑煙囪殘片的報(bào)道。

“黑煙囪”附近生物鏈的生存環(huán)境，與太古代生命起源時(shí)期類(lèi)似。太古代時(shí)期沒(méi)有綠色植物，沒(méi)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”?？蒲腥藛T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(xiàn)。另外，美國(guó)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(xiàn)?！斑@種光顯然被最早的某一種生物利用了，這個(gè)時(shí)候光合作用效率高的優(yōu)越性就顯示出來(lái)了，把生物的演化往前推進(jìn)。由此，科學(xué)家預(yù)測(cè)生命的起源很可能就是從海底的‘黑煙囪’開(kāi)始的?！?100433B

黑煙囪四周有種類(lèi)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(dòng)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(huì)增大1個(gè)大氣壓，好比在水深4000米的海底，一個(gè)成年人身上要承受上百?lài)嵉膲毫?。在這樣惡劣的環(huán)境下，怎么可能還有生物呢？為了解開(kāi)這個(gè)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(gè)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(lái)源，在2650米深處，發(fā)現(xiàn)了活動(dòng)力極強(qiáng)的細(xì)菌。而這里的水溫為250℃，水壓為2700萬(wàn)帕斯卡。原來(lái)，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。