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不喷岩浆喷泥浆,这些火山是要闹哪样?

|· 本文来自“我是科学家”·|

2011年,一位摄影师在俄罗斯库页岛的开阔地上空,拍到了一只巨大无比的“眼睛”,它一眨不眨地凝望着天空,甚至连眼球中呈放射状分布的“血丝”都清晰可见。

从地表长出的“大眼睛”:普加切夫斯基泥火山 | 拍摄者:Mikhail Mikhailov

由于这只“眼睛”过于逼真,甚至有人将它称为“地球之眼”,但它的真身份其实是一座泥火山(mud volcano)。顾名思义,泥火山就是会喷泥浆的火山。不同于我们熟知的喷岩浆的火山,泥火山的喷发物不具高温又十分“温和”,由黏土、角砾岩、地层水等组成,还带着甲烷、二氧化碳和硫化物等气体组成。

泥火山有时孤立分布,有时成群出现,它们的直径从几米到几十不等,少数地区也发现了百米量级甚至千米量级的泥火山,喷发周期也从几年到几十年不等。泥火山外部形态多样,或是顶部上凸呈圆锥形,或是顶部平坦状如泥饼,亦或是顶部下塌如同蛋挞。通过卫星遥感等技术,人们可以将它们千变万化的形貌尽收眼底。

比如下面两座位于阿塞拜疆的泥火山,一座把自己炖成了一锅芝麻糊,另一座像在追求某种马赛克艺术美感。

阿塞拜疆巴库地区泥火山 | 拍摄者:Alamy

阿塞拜疆巴库地区泥火山 | 拍摄者:Alamy

泥火山的形成主要有两种方式。一种是地层异常超压:由于地层沉积速度明显超过流体排出速度,填充在岩石孔隙的水不能及时排出,渐渐而形成了很强的压力。当地层压力突破上方岩层压力时,泥浆就会沿着断层和破碎带上升,最后喷涌而出。另一种是构造成因:比如横向地质构造挤压造成泥底辟(可以认为是“青年时期”的泥火山),泥底辟出露地表(或海底)形成泥火山。

 海底也有泥火山?

不仅陆地上有泥火山,它们在海底还有“孪生兄弟”——海底泥火山。由于“隐藏”在海底,它们则显得较为神秘。

这些海底泥火山也被称海底泥丘、泥拱,常呈圆丘状凸起于海底。海底泥火山在里海、黑海以及我国的南海等多处海域均有分布。想要揭开它们神秘的面纱,则需要借助海底摄影、多波束测深系统和高分辨率地震等高科技技术。

海底摄影是用潜水摄影机记录海底状况的摄影技术(图2a)。多波束测深系统与水下摄影机直接记录海底状况所不同,它是通过“听”来记录海底的状况,可以看作“水中顺风耳”,可以用于大面积的海底地形探测。根据不同的物体反射声信号的时间、强度,可以判断物体所处的水深,从而绘制海底地形图。在多波束地形图上,泥火山呈现隆起的地貌,其周边为一环形凹地。

(a)地中海的那不勒斯(Napoli)泥火山上某喷口的海底摄像;(b)地中海的那不勒斯(Napoli)泥火山高50m,直径1km ;(c)埃及大陆边缘的“双子泥火山”;(d)加迪斯湾的泥火山,高约100m,直径约1km | 图片来源:参考文献[1][2]

高分辨率地震这种地球物理探测方法就像是对地球做一个CT,对地下的地质结构进行“扫描检测”。地球好比人体,地下的地层岩石构造相当于地球的“五脏六腑”,它们有着各自的参数属性。通过利用地下岩层的物理性质差异,来“扫描检测”地层岩石的结构,从而达到识别泥火山的目的。由于泥火山时常具有多次喷发和活动的特征,在高分辨率地震所成的图像上,它们常具有柱状或圣诞树状的几何外形(图3)。

不同地区典型泥火山地震反射特征:(a) 黑海索罗金海槽处的泥火山;(b)巴巴多斯海域某泥火山;(c)我国中建南盆地的泥火山;(d)南里海塌陷型泥火山 | 图片来源:参考文献[3]

 泥火山蕴藏的宝贵资源

在常规油气勘探的早期,人们常将泥火山作为寻找油气田的重要线索。如我国南海莺歌海盆地油气田就是通过泥火山逸散到海面的油气泡发现的。随着石油资源的日趋枯竭和能源消费升级,寻找高效率且清洁的能源迫在眉睫。

天然气水合物(俗称可燃冰)作为可替代石油的战略性能源,近年来广受关注。在泥底辟和泥火山发育的地区,如墨西哥湾、黑海、地中海海岭和鄂霍次克海等地,常可见甲烷泄露到海水中形成的羽状气泡流,标志了具有丰富的天然气水合物资源。

2003年拍摄到的挪威海域Håkon Mosby 泥火山逸散到海水中的甲烷气泡。图片来源:参考文献[5]

挪威海域Håkon Mosby 泥火山口的天然气水合物样品。图片来源:参考文献[7]

2017年,我国在南海神狐海域成功实施海域天然气水合物试验性开采,实现历史性突破。它将继美国引领页岩气革命之后的,推动整个世界能源利用格局的改变。广州海洋地质调查局作为本次成功试采的中坚力量,在试采前进行了大量的研究论证工作。

天然气水合物的动态成藏过程受到泥底辟的发育阶段的影响。研究者认为神狐海域的天然气水合物矿藏与泥底辟构造关系密切:泥底辟既能为天然气水合物提供充分的气源物质, 同时又能促使地层温度场改变进而影响水合物成藏稳定性。

 海底泥火山的奇特居民

深海泥火山也是了解地球上生物群落的一扇新窗口。海底泥火山喷发物中富含大量的甲烷或硫化物,为周围的化能自养型微生物提供充足的能量。这些微生物构成了食物链的第一环,为初级消费者提供食物。在这个生命绿洲的四周还生存着大型的蠕虫、蚌类、蟹类等。因而即使在冰冷缺氧的深海环境,深海泥火山周围也是一片生机盎然。看过经典科幻电影《异形》的朋友们,应该会觉得下图中的生物非常熟悉。没错,电影中抱脸虫的灵感就是来自这种海洋生物。

海鳃目的两个物种,电影《异形》中抱脸虫的灵感来源| 图片来源:参考文献[9]

这些丰富的(微)生物资源具有光明的应用前景和研究价值。以海底泥火山生态系统中的甲烷氧化古生菌为例。它们能够对甲烷进行分解。这些“吃”甲烷的古生菌不仅代谢甲烷的能力强,而且可以在极端环境下生存。因此,科学家们提出了通过大规模培养分解甲烷的细菌,然后将它们投放到两极冰盖下,减轻全球变暖的设想。另外,泥火山复杂的生物群落中,可能蕴藏存在大量的未知生物,是宝贵的基因资源。

据美国国家地理杂志报道,葡萄牙阿维罗大学的阿那-希拉里奥和同事们在加迪斯湾(Cadiz)的海底泥火山中发现了20种新物种,其中有一种微型虫子以甲烷为食,外形非常奇特,很像希腊神话中长着蛇发的女妖。

化学共生双壳类 | 图片来源:参考文献[9]

Anastasia 泥火山侧翼的海鳃(水深485m)| 图片来源:参考文献[9]

Pipoca泥火山东南翼的海百合 | 图片来源:参考文献[9]

泥火山作为一种奇特的自然景观和地质现象,就好像地球上的“百宝箱”,不但拥有丰富的油气资源,还滋养了种类繁多的神奇生物。在不少旅游圣地,如美国的黄石公园、阿塞拜疆巴库地区、西西里岛地区以及我国新疆乌苏市,泥火山已然成了一道独特的风景,给世界游客留下了深刻的印象,让人们不禁感叹“造物者之无尽藏也”。

游客在近距离观察泥火山。图片来源:ulduztourism

(编辑:悲催的铊宝宝、Yuki)

参考文献:

  1. 1.Mascle J, Mary F, Praeg D, et al. Distribution and geological control of mud volcanoes and other fluid/free gas seepage features in the Mediterranean Sea and nearby Gulf of Cadiz[J]. Geo-Marine Letters, 2014, 34(2-3):89-110.
  2. 2.Niemann H, Duarte J, Hensen C, et al. Microbial methane turnover at mud volcanoes of the Gulf of Cadiz[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2006, 70(21): 5336-5355
  3. 3.刘杰, 孙美静, 苏明,等. 海底泥底辟(泥火山)对天然气水合物成藏的影响[J]. 地质科技情报, 2015, 34(5):98-104.
  4. 4.Greinert J, Artemov Y, Egorov V, et al. 1300-m-high rising bubbles from mud volcanoes at 2080m in the Black Sea: Hydroacoustic characteristics and temporal variability[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2006, 244(1-2): 1-15.
  5. 5.Sauter E J, Muyakshin S I, Charlou J L, et al. Methane discharge from a deep-sea submarine mud volcano into the upper water column by gas hydrate-coated methane bubbles[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2006, 243(3-4): 354-365.
  6. 6.Lykousis V, Alexandri, S, Woodside J, et al. Mud volcanoes and gas hydrates in the Anaximander mountains (Eastern Mediterranean Sea) [J]. Marine and Petroleum Geology, 2009, 26(6): 854-872.
  7. 7.Milkov A V, Vogt, P R, Crane K, et al. Geological, geochemical, and microbial processes at the hydrate-bearing Hakon Mosby mud volcano: a review[J]. Chemical Geology, 2004, 205(3-4): 347-366.
  8. 8.Poort J, Khlystov O M, Naudts L, et al. Thermal anomalies associated with shallow gas hydrates in the K-2 mud volcano, Lake Baikal[J]. Geo-Marine Letters, 2012, 32(5-6): 407-417.
  9. 9.Palomino D, López-González N, Vázquez J T, et al. Multidisciplinary study of mud volcanoes and diapirs and their relationship to seepages and bottom currents in the Gulf of Cádiz continental slope (northeastern sector)[J]. Marine Geology, 2016, 378:196-212.
The End

发布于2019-07-22, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳。 如在其他平台看到此文章被盗用,请告诉我们(文章版权保护服务由维权骑士提供)

孙美静

国土资源部广州海洋地质调查局,工程师,长期从事海洋地质、构造地质、环境地质方面的调查研究工作。

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    刘杰

    中科院广州能源研究所,助理研究员,从事深水沉积、天然气水合物勘探等方面的研究工作。

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