地质工作者眼中的海洋，“长”啥样？ - 海洋地质地形地貌

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今年6月8日是第16个世界海洋日和第17个全国海洋宣传日。为深入宣传贯彻习近平生态文明思想，做好“厦门实践”经验的学习宣传和国际传播，推动构建从山顶到海洋的生态保护修复大格局，共建海洋命运共同体，自然资源部联合有关部门在福建厦门举办2024年世界海洋日暨全国海洋宣传日主场活动，其主题为“保护海洋生态系统 人与自然和谐共生”。理解海洋、保护海洋，需要了解海洋。现在，就让我们跟着海洋地质工作者，一起走近海洋，看看他们眼中的海洋。

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编者按

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深海极端环境孕育“地球原住民”

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深海极端环境一般指深海中由极端理化环境和（或）极端地质环境多因子共同塑造的一个统一系统，具有永久黑暗、缺氧、高压、低温等理化特征，主要包括热液、冷泉、海山、深渊、深海平原等特殊环境。

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与浅海主要依靠光合作用为基础的生态系统截然不同，深海极端环境曾被认为是生命的禁区，直到20世纪70年代后一系列海洋调查发现了深海热液和冷泉。

1977年，低温热液以及热液区的大量高等海洋生物在东太平洋首次被发现。1978年，温度高达350℃的高温热液以及生物群落首次在东太平洋海隆21°N海域被发现。热液的发现被誉为20世纪地球科学最重要的发现之一。

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项目组发现的热液生态系统。

同样引人注目的还有冷泉的发现。1983年，美国科学家首次在美国蒙特利尔海湾水深3200米的海底发现了富含天然气和硫化氢的流体以及大量的生物。该流体的温度与底层海水接近，为了区别于海底热液，科学家们将其命名为冷泉。热液和冷泉生态系统中常见双壳类、管状蠕虫类、甲壳类、环节动物等生物，犹如沙漠绿洲，吸引了人们对深海极端生物生存方式进行探索。

深海热液和冷泉流体中都富含甲烷、硫化氢等还原性物质。甲烷厌氧氧化古菌和硫酸盐还原菌等微生物作为初级生产者，能够利用这些流体组分将无机碳转化成糖类、蛋白质等有机碳，为大型生物的生存提供物质和能量。许多生物与这些微生物建立了共生关系，在长期的协同演化过程中，建立了适应深海生存的特殊机制或生存策略，在此基础上形成一套独特又完整的化能自养生态系统。深海热液/冷泉生态系统生产力水平极高，完全依靠海底富含甲烷、硫化氢的流体生存。因此，海底生存区域边界十分明显，仅集中于流体富集区域。一旦发生流体通量减弱或迁移，生态系统也随之缩小范围或迁移，脱离了流体供给则迅速死亡。

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深海热液生态系统和冷泉生态系都能形成繁茂的化能合成生物群落，二者具有相似的群落结构特征和生物类群，但具体的生物种类却不尽相同。二者由于流体化学成分存在差别，热液流体中富含硫化物和各种重金属元素，而冷泉流体中含量最多的成分是甲烷，所以生态系统对于不同深海环境的适应机制有所不同。即使不同海域的热液/冷泉生态系统，优势物种的种类也不尽相同。因此，以热液/冷泉生态系统为代表的深海极端环境生态系统的生物来源、基因交流、迁徙进化等问题一直都是海洋生态关注的热点科学问题。

深海极端环境生态系统除了有对深海多金属硫化物、天然气水合物等矿产的生物指示意义之外，其独特的生物多样性、极高的生物密度，同时孕育着独特丰富的基因资源和代谢产物，这些都为生物学家丰富基因库、发现新的微生物代谢途径和生存对策提供了机遇。深海极端环境生态系统中的生物由于化能自养的特征自然被带入生命起源的科学猜想中，因此深海极端环境生态系统中的生物也被称为“地球原住民”，其科学研究价值不言而喻。另外，深海极端环境生态系统中化能自养的微生物是拦截冷泉甲烷逃逸的第一道也是最重要的防线，对“碳中和”发挥了重要的自然性调节性作用。深海极端环境生态系统因其自身的脆弱性和敏感性特点，使其成为监测天然气水合物等深海资源安全开发的重点对象。然而，随着经济发展对深海矿产资源需求与日俱增，深海极端环境矿产资源的勘探开发势在必行，查明深海极端环境生态系统的敏感因子并对其加以监控，是对资源开发与生态保护的必要手段。

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中国地质调查局青岛海洋地质研究所深海极端环境探测项目组对我国海域极端环境进行了系统调查，获得了大量的成果，近年来新发现深海冷泉10处、热液喷口2处。下一步，他们将加强深海极端环境系统探测技术体系建设与综合应用，充分发挥人工智能等技术在深海极端环境矿产资源和生态系统探测中的作用，以研发作为技术保障，以调查成果作为科学依托，解决深海极端环境资源开发利用与生态环境保护问题，尽快形成海洋新质生产力。

（作者：耿威 系中国地质调查局青岛海洋地质研究所天然气水合物地质室副研究员）

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西沙群岛地质遗迹：科学与美学的交响曲

地质遗迹是地质作用过程中形成的地质现象，是最重要、最珍贵的自然遗产之一。地质遗迹具有区域性、观赏性、不可再生性、地学属性、多样性等独有的资源属性和特点，对研究地质演化历史、环境变迁、生命起源和进化等都具有重要作用，是地质工作者开展地学研究的重要窗口。目前，世界各国都十分重视对地质遗迹的保护。西沙群岛位于我国南海西北部，海域面积约50万平方千米，是南海四大群岛之一。西沙群岛地质遗迹丰富、类型多样、保存较完好、地学内涵丰富、景观品位高，具有较高的科学价值和美学价值。根据《国家地质公园规划编制技术要求》的地质遗迹类型划分标准，西沙群岛主要属于地貌景观大类，再细分一级，就包括岩石地貌、流水地貌、火山地貌和海蚀海积景观等四类。其中，岩石地貌类中主要为喀斯特地貌景观亚类，包括出露海面的珊瑚岛礁和分布在石岛上的根管石。流水地貌主要为流水侵蚀地貌亚类，最具代表性的就是位于晋卿岛礁盘上的三沙永乐龙洞。火山地貌主要为火山熔岩地貌，仅位于东岛西南侧的高尖石岛的一处。海蚀海积景观包括海蚀景观和海积景观，前者主要为石岛上的海蚀崖、海蚀穴和海蚀沟槽等，后者主要为各处岛礁周围的海滩。岛礁：西沙群岛是南海诸岛中出露水面岛礁最多的群岛，有29座，具体分为位于东北面的宣德群岛和位于西南面的永乐群岛，岛礁总面积约8平方千米。西沙群岛的岛礁主要是与生物礁形成演化有关的碳酸盐岩岛屿，它们有的露出海面、有的藏在水下，都见证了西沙海域的地质历史，为研究整个南海的形成演化历史提供了重要地质记录。出露海面的珊瑚岛礁形态大小各异，水下的珊瑚礁盘向四周延伸数百米并随地形变化多端，在蔚蓝色大海的映衬下，形成了独特的珊瑚礁地貌和热带海岛风光，尤为壮观。根管石：根管石是一种与植物生命活动有关的生物化学沉积作用的产物。西沙群岛年龄最大的石岛根管石地貌十分发育，其主要组成矿物为方解石，其形态为中间具有孔洞的近圆柱形，长短不一、粗细各异。根管石对植物生命活动、生物化学沉积作用、特殊环境下风成生物碎屑灰岩的成岩作用等研究都具有重要价值。对游客来说，由根管石形成的“小龙头”，形状独特，是极具吸引力的景观。永乐龙洞：永乐龙洞位于西沙群岛永乐环礁晋卿岛礁的礁盘上，是在珊瑚礁盘的浅水区域被海水覆盖的水下洞穴的开口，从空中俯视像一颗深蓝色的明珠。永乐龙洞是世界上已知的洞深最大的海洋蓝洞，探测深度达到了300.89米。洞的中央因水深超深而呈现深蓝色，这也是“蓝洞”名字的由来。永乐龙洞地质结构复杂，洞内各类地质信息丰富，对研究南海的古海洋学、古气候学等都具有重要的科学价值，对我国海洋生态系统保护和海洋多学科综合研究也具有重要意义。高尖石岛：高尖石岛长20米、宽15米，远眺像一艘帆船，其位于水下的礁坪上活珊瑚生长繁盛，色彩斑斓，极具观赏价值。高尖石岛是西沙唯一露出海面的火山岛屿，也是唯一一座非珊瑚礁构成的岛屿，主要岩石类型是玄武岩质火山角砾岩，是第四纪更新世海底火山喷发作用产物，对研究南海新生代火山活动具有重要科学价值。海蚀地貌：西沙群岛的自然岸线主要有基岩岸线、砾石岸线和砂质岸线三类。其中，基岩岸线受到海水的长期侵蚀冲击，形成了多种多样的海蚀地貌。海蚀现象造就了形态各异的礁石，尤其是石岛上的“鹰嘴崖”“老龙头”等处峭壁突起，险峻巍峨，崖下惊涛拍岸，蔚为壮观。西沙群岛形成海蚀地貌的基岩主要为第四纪生物砂岩，由于成岩较晚、固结强度不大、颗粒较松散，因此在成岩过程中保存了大量的海洋生物化石。这些化石是研究西沙群岛古地理、古气候和古生物条件的重要标本，对揭示西沙群岛形成演化过程具有重要意义。海积地貌：岛礁四周的海滩属于典型的海积地貌，主要为砾石岸线和砂质岸线。砾石岸线包括珊瑚贝壳碎屑砾石岸线和海滩岩岸线，常以砾石堤、砾石滩的形式出现。而砂质岸线基本都是灰白色珊瑚、贝壳碎屑砂砾质岸线，周围海水清澈见底，景色优美。西沙群岛丰富的地质遗迹资源、广阔柔软的沙滩，令人心驰神往，希望人们珍惜爱护这些地质遗迹，让西沙群岛美丽常驻。

（作者：刘金萍 系广州海洋地质调查局正高级工程师；简晓玲 系广州海洋地质调查局高级工程师）

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红树林“吸碳”能力差异有多大

红树林是生长在热带、亚热带海岸潮间带，由红树植物为主体的常绿乔木或灌木组成的湿地木本植物群落，是海岸带海陆交错区生产能力最高的海洋生态系统之一，在净化海水、防风消浪、固碳储碳、维护生物多样性等方面发挥着重要作用，有“海岸卫士”“海洋绿肺”美誉，是珍稀濒危水禽重要栖息地，鱼、虾、蟹、贝类生长繁殖场所。中国红树植物分布在广东、广西、海南、福建、浙江等省区。运用碳储量样方调查、样品分析测试和遥感解译等多种手段开展红树林生态系统碳储量调查，可以了解不同类型、不同植被群落的红树林生态系统的碳密度特征，丰富红树林碳储量基础数据并分析区域典型红树林生态系统碳密度差异的受控因素。中国地质调查局海口海洋地质调查中心海岸带综合地质调查团队在粤东重点地区开展典型红树林生态系统碳储量评估发现，该区6个典型红树林生态系统（4个人工恢复林、2个原生自然林）碳密度（每公顷碳储量）在人工恢复林和原生自然林之间表现出较大的差异。从调查结果来看，人工恢复林生态系统碳密度要显著大于原生自然林。人工恢复林和原生自然林有着不同优势种红树林生态系统。人工恢复林中，以无瓣海桑和海桑为优势种的红树林生态系统面积加权平均碳密度相对较高，为280.23±42.28吨/公顷，以拉关木为优势种的红树林生态系统面积加权平均碳密度相对较低，为154.15±32.18吨/公顷；原生自然林中，以白骨壤为优势种的红树林生态系统面积加权平均碳密度相对较高，为146.04±25.84吨/公顷，以桐花树为优势种的红树林生态系统面积加权平均碳密度相对较低，为108.58±9.75吨/公顷。人工恢复林和原生自然林土壤和植被之间的碳分配也存在较大的差异。4个人工恢复红树林生态系统土壤碳密度分别为92.75±17.34吨/公顷、93.40±20.78吨/公顷、164.50±6.50吨/公顷和0.4±0.6吨/公顷，分别占其总碳密度的60.17%、56.72%、37.44%和44.72%。2个原生自然红树林生态系统土壤碳密度分别为109.78±20.98吨/公顷和95.67±8.38吨/公顷，分别占其总碳密度的75.17%和88.11%。土壤碳密度占总碳密度的比值在不同类型红树林生态系统中表现出较大的差异。与人工恢复林相比，原生自然林植被生物量密度相对较小，土壤碳库占红树林生态系统总碳库的比例较大。调查结果表明，地理位置不同的红树林生态系统碳密度也存在较明显的差异，位于海湾内的红树林生态系统碳密度显著高于位于河口区域的红树林生态系统。项目组进一步分析发现，粤东地区位于海湾内的红树林生态系统几乎不受河流水动力的作用，仅受潮流水动力作用；而位于河口附近区域的红树林生态系统，常年受河流水动力影响，河流水动力通常显著高于海洋潮流水动力，水动力作用差异也被认为是造成红树林生态系统碳密度大小各异的因素之一。得出此结论主要有三方面的证据：一是水动力较强的区域沉积物中微生物的活性较强，其分解沉积物中有机质的能力也较强，而沉积物中有机质是碳的主要存储载体，这导致了沉积物中的碳含量大大减少。二是水动力作用会造成红树林沉积物的再悬浮，沉积物再悬浮的过程中，沉积物中的氮、磷等营养元素会释放进入水体之中，水动力越强的区域，再悬浮则越剧烈，沉积物中的营养释放就越多，导致保留在沉积物中的营养元素就越少，而沉积物是红树林植物营养元素的主要来源，这间接导致了红树植物生产力的减少，造成红树植物生物量较少。三是位于河口区域的红树林，常年受河流水动力的影响，特别是在洪水期，洪水冲刷剧烈，导致这些区域里死亡的植被如凋落物、倒立木和枯立木等碳库被洪水带离红树林，导致植被碳储量大大减少。 ' } t2 \8 d- F3 S: h$ u# ]* C+ b

粤东重点地区典型红树林生态系统不同站位碳密度。

现有研究成果表明，人工恢复林生态系统碳密度要显著大于原生自然林，水动力作用差异也是造成红树林生态系统碳密度大小各异的因素之一。相关研究成果为粤东地区海岸带典型生态系统蓝碳潜力的挖掘、维持和提升提供了有力支撑，并为实施红树林生态系统修复与保护提供了决策依据。

（作者：义家吉 系中国地质调查局海口海洋地质调查中心技术方法室副主任；王万虎 系中国地质调查局海口海洋地质调查中心自然资源综合调查项目副负责人）

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海域沉积物重金属来自哪里

近年来，随着沿岸工业化进程的加快，海洋生态环境面临着前所未有的挑战，其中海洋沉积物重金属污染就是值得关注的方面。当海洋沉积物中镉、汞、锌、铜、镍、铅、铬等重金属元素含量超过一定浓度后，就会对海洋生态造成不良影响。例如铅、汞、镉等重金属进入生物体内后，会干扰酶系统的正常功能，导致生物体代谢紊乱，免疫力下降，甚至引发基因突变。当重金属在食物链中不断富集，会对食物链中的高级大型海洋动物构成极大的威胁。要获知具体海域的沉积物重金属污染情况，研究人员可以采集一定数量的海底沉积物样品，测定重金属元素的含量，分析沉积物重金属元素空间分布特征，并开展重金属污染评价。箱式取样器采集表层沉积物。近岸海域沉积物重金属元素空间分布上普遍存在的现象是沉积物颗粒越细小，重金属含量越高，其反映的是“元素的粒度效应”。而沉积物颗粒大小则反映了水动力的强弱，水动力强的地方，沉积物颗粒粗；水动力弱的地方，沉积物颗粒细。因此，研究人员可以根据水动力情况探讨沉积物重金属运移规律。影响近岸海域沉积物重金属元素含量的因素可概括为两个方面：第一个为自然因素，即沉积物源区重金属元素的背景值；第二个是人为因素，比如相关海域周边工业污染、农业活动、交通污染、生活污染等因素导致个别重金属排放超标，并在沉积物中富集。在浩瀚的渤海湾畔，曹妃甸海域近年来以其独特的地理位置和丰富的海洋资源，成为国内外经济、科研以及环保领域高度关注的焦点。2021年，中国地质调查局烟台海岸带地质调查中心在曹妃甸海域部署了基础性1