作者：孫美靜、劉杰

編輯：悲催的鉈寶寶、Yuki

 

2011年，一位攝影師在俄羅斯庫頁島的開闊地上空，拍到了一只巨大無比的“眼睛”，它一眨不眨地凝望著天空，甚至連眼球中呈放射狀分布的“血絲”都清晰可見。

 

（從地表長出的“大眼睛”：普加切夫斯基泥火山 | 拍攝者：Mikhail Mikhailov）

 

由于這只“眼睛”過于逼真，甚至有人將它稱為“地球之眼”，但它的真身份其實是一座泥火山（mud volcano）。 顧名思義， 泥火山就是會噴泥漿的火山 。 不同于我們熟知的噴巖漿的火山，泥火山的噴發物不具高溫又十分“溫和”，由黏土、角礫巖、地層水等組成，還帶著甲烷、二氧化碳和硫化物等氣體組成。

 

泥火山有時孤立分布，有時成群出現，它們的直徑從幾米到幾十不等，少數地區也發現了百米量級甚至千米量級的泥火山，噴發周期也從幾年到幾十年不等。 泥火山外部形態多樣，或是頂部上凸呈圓錐形，或是頂部平坦狀如泥餅，亦或是頂部下塌如同蛋撻。 通過衛星遙感等技術，人們可以將它們千變萬化的形貌盡收眼底。

 

比如下面兩座位于阿塞拜疆的泥火山，一座把自己燉成了一鍋芝麻糊，另一座像在追求某種馬賽克藝術美感。

 

（阿塞拜疆巴庫地區泥火山 | 拍攝者：Alamy）

 

（阿塞拜疆巴庫地區泥火山 | 拍攝者：Alamy）

 

泥火山的形成主要有兩種方式。 一種是地層異常超壓： 由于地層沉積速度明顯超過流體排出速度，填充在巖石孔隙的水不能及時排出，漸漸而形成了很強的壓力。 當地層壓力突破上方巖層壓力時，泥漿就會沿著斷層和破碎帶上升，最后噴涌而出。 另一種是構造成因： 比如橫向地質構造擠壓造成 泥底辟 （ 可以認為是“青年時期”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？

 

 

不僅陸地上有泥火山，它們在海底還有“孿生兄弟”——海底泥火山。由于“隱藏”在海底，它們則顯得較為神秘。

 

這些海底泥火山也被稱海底泥丘、泥拱，常呈圓丘狀凸起于海底。海底泥火山在里海、黑海以及我國的南海等多處海域均有分布。想要揭開它們神秘的面紗，則需要借助海底攝影、多波束測深系統和高分辨率地震等高科技技術。

 

海底攝影是用潛水攝影機記錄海底狀況的攝影技術（圖2a）。 多波束測深系統 與水下攝影機直接記錄海底狀況所不同， 它是通過“聽”來記錄海底的狀況，可以看作“水中順風耳”，可以用于大面積的海底地形探測 。根據不同的物體反射聲信號的時間、強度，可以判斷物體所處的水深，從而繪制海底地形圖。在多波束地形圖上，泥火山呈現隆起的地貌，其周邊為一環形凹地。

 

（（a）地中海的那不勒斯（Napoli）泥火山上某噴口的海底攝像；（b）地中海的那不勒斯（Napoli）泥火山高50m，直徑1km ；（c）埃及大陸邊緣的“雙子泥火山”;（d）加迪斯灣的泥火山，高約100m，直徑約1km | 圖片來源：參考文獻[1][2]）

 

高分辨率地震這種地球物理探測方法就像是對地球做一個CT，對地下的地質結構進行“掃描檢測”。地球好比人體，地下的地層巖石構造相當于地球的“五臟六腑”，它們有著各自的參數屬性。 通過利用地下巖層的物理性質差異，來“掃描檢測”地層巖石的結構，從而達到識別泥火山的目的 。由于泥火山時常具有多次噴發和活動的特征，在高分辨率地震所成的圖像上，它們常具有柱狀或圣誕樹狀的幾何外形（圖3）。

 

（不同地區典型泥火山地震反射特征：(a) 黑海索羅金海槽處的泥火山；（b）巴巴多斯海域某泥火山；（c）我國中建南盆地的泥火山；（d）南里海塌陷型泥火山 | 圖片來源：參考文獻[3]）

 

泥火山蘊藏的寶貴資源

 

 

在常規油氣勘探的早期，人們常將泥火山作為尋找油氣田的重要線索。如我國南海鶯歌海盆地油氣田就是通過泥火山逸散到海面的油氣泡發現的。隨著石油資源的日趨枯竭和能源消費升級，尋找高效率且清潔的能源迫在眉睫。

 

天然氣水合物（俗稱可燃冰）作為可替代石油的戰略性能源，近年來廣受關注。在泥底辟和泥火山發育的地區，如墨西哥灣、黑海、地中海海嶺和鄂霍次克海等地，常可見甲烷泄露到海水中形成的羽狀氣泡流，標志了具有豐富的天然氣水合物資源。

 

(2003年拍攝到的挪威海域Håkon Mosby 泥火山逸散到海水中的甲烷氣泡。圖片來源：參考文獻[5])

 

(挪威海域Håkon Mosby 泥火山口的天然氣水合物樣品。圖片來源：參考文獻[7])

 

2017年，我國在南海神狐海域成功實施海域天然氣水合物試驗性開采，實現歷史性突破。 它將繼美國引領頁巖氣革命之后的，推動整個世界能源利用格局的改變。 廣州海洋地質調查局作為本次成功試采的中堅力量，在試采前進行了大量的研究論證工作。

 

天然氣水合物的動態成藏過程受到泥底辟的發育階段的影響。 研究者認為神狐海域的天然氣水合物礦藏與泥底辟構造關系密切： 泥底辟既能為天然氣水合物提供充分的氣源物質, 同時又能促使地層溫度場改變進而影響水合物成藏穩定性 。

 

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。 海底泥火山噴發物中富含大量的甲烷或硫化物，為周圍的化能自養型微生物提供充足的能量 。這些微生物構成了食物鏈的第一環，為初級消費者提供食物。在這個生命綠洲的四周還生存著大型的蠕蟲、蚌類、蟹類等。因而即使在冰冷缺氧的深海環境，深海泥火山周圍也是一片生機盎然?？催^經典科幻電影《異形》的朋友們，應該會覺得下圖中的生物非常熟悉。沒錯，電影中抱臉蟲的靈感就是來自這種海洋生物。

 

(海鰓目的兩個物種，電影《異形》中抱臉蟲的靈感來源| 圖片來源：參考文獻[9])

 

這些豐富的（微）生物資源具有光明的應用前景和研究價值 。以海底泥火山生態系統中的甲烷氧化古生菌為例。它們能夠對甲烷進行分解。這些“吃”甲烷的古生菌不僅代謝甲烷的能力強，而且可以在極端環境下生存。因此，科學家們提出了通過大規模培養分解甲烷的細菌，然后將它們投放到兩極冰蓋下，減輕全球變暖的設想。另外，泥火山復雜的生物群落中，可能蘊藏存在大量的未知生物，是寶貴的基因資源。

 

據美國國家地理雜志報道，葡萄牙阿維羅大學的阿那－希拉里奧和同事們在加迪斯灣（Cadiz）的海底泥火山中發現了20種新物種，其中有一種微型蟲子以甲烷為食，外形非常奇特，很像希臘神話中長著蛇發的女妖。

 

 

(化學共生雙殼類 | 圖片來源：參考文獻[9])

 

(Anastasia 泥火山側翼的海鰓（水深485m）| 圖片來源：參考文獻[9])

 

 

(Pipoca泥火山東南翼的海百合 | 圖片來源：參考文獻[9])

 

泥火山作為一種奇特的自然景觀和地質現象，就好像地球上的“百寶箱”，不但擁有豐富的油氣資源，還滋養了種類繁多的神奇生物。 在不少旅游圣地，如美國的黃石公園、阿塞拜疆巴庫地區、西西里島地區以及我國新疆烏蘇市，泥火山已然成了一道獨特的風景，給世界游客留下了深刻的印象，讓人們不禁感嘆“造物者之無盡藏也”。

 

(游客在近距離觀察泥火山。圖片來源：ulduztourism)

作者介紹：

1. 孫美靜：自然資源部廣州海洋地質調查局，工程師，長期從事海洋地質、構造地質、環境地質方面的調查研究工作。

2. 劉杰：中科院廣州能源研究所，助理研究員，從事深水沉積、天然氣水合物勘探等方面的研究工作

排版：陳小磚

題圖來源：Mikhail Mikhailov攝

參考文獻：

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.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.劉杰, 孫美靜, 蘇明,等. 海底泥底辟(泥火山)對天然氣水合物成藏的影響[J]. 地質科技情報, 2015, 34(5):98-104.

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.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.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.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.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.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.

不噴巖漿噴泥漿，這些火山是要鬧哪樣？

圖文簡介

不同于我們熟知的噴巖漿的火山，泥火山的噴發物不具高溫又十分“溫和”，由黏土、角礫巖、地層水等組成，還帶著甲烷、二氧化碳和硫化物等氣體組成。