黑烟囱复合体简介

黑烟囱复合体指由多个或多期黑烟囱喷发形成的构筑物。

中文名称

黑烟囱复合体

英文名称

black smoker complex

定　　义

由多个或多期黑烟囱喷发形成的构筑物。

应用学科

海洋科技（一级学科），海洋科学（二级学科），海洋地质学、海洋地球物理学、海洋地理学和河口海岸学（三级学科）

生态复合体（ecological complex）这个概念是邓肯在1959年提出的。他认为生态系统也可以看作是由四个关联变量所组成的功能相互依赖的生态复合体，这四个关联变量就是人口（Population）、组织（Organization）、环境（Environment）、 技术 （Technology）， 简称为 POET生态复合体。

对POET生态复合体四个关联变量的一般定义如下：人口这个变量一般被定义为结构化的人类群体。人口的特征、规模和构成一般随所研究单位的不同而不同。一个邻里地区的人口很明显会与作为整个大都会地区的人口完全不同。组织这个变量的定义是人口在环境中为了供养自身而形成的各种结构。例如，各种不同的社会为了克服相同的生存问题而形成的各种适应组织。环境这个变量一般被界定为所有外在于人口的现象，包括影响它的其他社会系统。在这四个关联变量中环境可能是最重要的，因为它决定了其中人口必须适应的极限。另外，环境还是原材料的惟一来源。 环境的特征最终决定了人口的规模及其适应的本质。不过，环境会由于第四个变量—技术而被剧烈地改变。技术由人口在适应其环境中所使用的技能、工具和人工制品所构成。技术制造物如电话或计算机能改变组织，而这反过来又能影响到人口开发环境的能力。生态复合体中四个关联变董之间的关系如图1所示。

POET生态复合体这四个关联变量尽管是相互作用的，但人口和组织一般被倾向于认为是依变量，而环境和技术则被认为是独立变量。因此， 邓肯比较强调环境和技术的变化对作为整体的生态复合体演化的重要性。 他认为当环境和技术这两个因素发生变化时，人口规模和组织能力也会相应发生变化，从而带来作为整体的系统的扩张。“生态扩张……可以概括为生态复合体四个变量的一个公式：即技术积累加速加剧了对环境的开发，从而带来了人口转变和组织革命”（Duncan，O. 1964，75）。

邓肯提出的生态复合体的价值之一就在于它提供了一套组织和描述生态变项关系的概念工具，为生态学家分析生态系统提供了简化的手段，而且在对任何生态系统的最初研究时都可以确定一组关系。不过，在邓肯看来，POET生态复合体的最大价值还在于它对分析社会变迁的作用上。邓肯认为“人类生态学的最基本要求就是要最好地解释演化的结构”（Dun- can，O. 1964，45）。他认为，生态过程是一个不断前进、变化与自我调适的过程。他将生态社区概念化为寻求均衡的过程。也就是说，引起POET生态复合体变化的力量来自外部，外在的变化影响到 POET 生态复合体中的一个或多个元素的变化，从而引发了一系列的调整适应，直到系统又达到某种新的平衡为止。 POET生态复合体提出后被生态学家广泛用于分析各种社会变迁现象。

1871年，达尔文在一封信里这样写道：“生命最早很可能在一个热的小的池子里面。”后来，这个“热的小池子”被称做“原始汤”。但是由于当时条件限制，对于“原始汤”的研究一直没有进展。直到100多年之后的1977年，美国科学家在加拉巴戈斯群岛海底找到了它。海底“黑烟囱”的发现及其研究是全球海洋地质调查近几十年取得的最重要的科学成就。

1977年，美国“阿尔文号”深潜器潜到了加拉巴戈斯群岛深海，在那里测得深层海水高达8摄氏度，同时海底出现白色的巨型蛤类。这种反常的现象引起专家们的关注，到了1979年，“阿尔文号”又重新来到这里，并且还带了很多生物学家一同前往。正是这次的研究，揭开了“深海热液生物群”的神秘面纱。

科学家们发现，海底热液带出大量硫化物，遇水冷却后形成巨大的“黑烟囱”，约350℃的含矿热液从直径约15厘米的烟囱中喷出，与周围海水混合后，很快产生沉淀变为“黑烟”，沉淀物主要由磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿和铜-铁硫化物组成。

2009年10月中国自主研制的水下机器人“海龙2号”在东太平洋海隆海底发现罕见巨大“黑烟囱”并成功取样，中国“大洋一号”科考船于10月23日使用“海龙2号”太平洋赤道附近洋中脊扩张中心，找到高26米、直径约4.5米的巨大“黑烟囱”，并获约7公斤“黑烟囱”喷口的硫化物样品。

自1977年后30年里，科学家在世界各地的大洋海底相继发现海底热液和“黑烟囱”，包括台湾东北角的龟山岛。并在“黑烟囱”旁发现很多生物，形成与人们常识迥异的生物群和食物链。最具有代表性的生物是3米长的管状蠕虫，这类蠕虫没有口腔和肛门，靠体内的硫细菌供给营养。个体大有利于一次性大量取食，也有利于迅速运动到达食物源，能够忍耐长期饥饿。黑烟囱与含矿液体的运移通道共同组成了金属硫化物的成矿环境，并可以在地层中保留下来，成为研究当时古大洋环境的重要样本。

大量的海底调查研究发现，在海底黑烟囱周围广泛存在着古细菌，这些古细菌极端嗜热，可以生存于350℃的高温热水及2000－3000米的深水环境中，为古老生命的孑遗。黑烟囱喷出的矿液温度可高达350℃，并含有CH4、CN等有机分子，为非生物有机合成，如此环境可以满足各类化学反应，有利于原始生命的生存。科学研究表明只有地球早期的环境才与此类似，科学家们为此提出了原始生命起源于海底黑烟囱周围的理论，认为地球早期水热环境和嗜热微生物可能非常普遍，地球早期的生命可能就是嗜热微生物。

世界各地在对不同时代古大洋地质记录（蛇绿岩）进行广泛的调查时，先后在日本、德国、美国、加拿大等地找到了古海底黑烟囱的残片及相关块状硫化物。但是，大多数硫化物的时代很少大于6亿年，老于25亿年古海底黑烟囱记录还不多见，尽管在加拿大和澳大利亚发现了26亿－27亿年前的金属硫化物矿产，但尚无海底黑烟囱残片的报道。

“黑烟囱”附近生物链的生存环境，与太古代生命起源时期类似。太古代时期没有绿色植物，没有光合作用产生的大量氧气。此外，光合作用也可能起源于热液的“黑烟囱”。科研人员在大西洋深海的“黑烟囱”，发现有一种虾的背上有感光区，能够感知蓝绿光线。另外，美国科学家在5000米深的海底曾关闭深潜器灯光5 分钟，在热液口发现光线。“这种光显然被最早的某一种生物利用了，这个时候光合作用效率高的优越性就显示出来了，把生物的演化往前推进。由此，科学家预测生命的起源很可能就是从海底的‘黑烟囱’开始的。”2100433B

黑烟囱四周有种类和数量都十分丰富的海洋生物。一般深海的温度只有0℃，而海底热泉活动频繁的黑烟囱附近水温却高达350℃到400℃。据推算，水深每增加10米，水压就会增大1个大气压，好比在水深4000米的海底，一个成年人身上要承受上百吨的压力。在这样恶劣的环境下，怎么可能还有生物呢？为了解开这个谜，科学家们进行了艰苦卓绝的探索。1980年，日本科学家乘坐考察船在太平洋加拉帕戈斯群岛附近考察，在一个海渊里90℃的热水中，发现了僵死的细菌。科学家们继续下潜探察细菌的来源，在2650米深处，发现了活动力极强的细菌。而这里的水温为250℃，水压为2700万帕斯卡。原来，那些90℃的热水中发现的僵死细菌，是被热水推到水深较浅的水域"冻死"的或者是忍受不了内部的压力"爆炸"而死的。