近日，《地球物理學研究雜志-海洋》Journal of Geophysical Research: Oceans以封面文章形式報道了中國科學院海洋研究所在西太平洋馬努斯弧后盆地的最新研究成果。科研人員通過在超酸性火山-熱液系統開展原位綜合定量探測和微生物組學分析發現，在全球廣泛分布的火山-熱液系統中富含氫氣，并孕育了可利用氫氣的微生物群落。
深海火山-熱液系統主要由海底巖漿揮發性氣體與海水直接混合或者海底火山爆發形成，是典型的“白煙囪”，并在全球分布廣泛。同時，火山-熱液系統也孕育了獨特的生物群落，但其生物的代謝過程與流體之間的關系尚不明確，而傳統“先取樣后常溫常壓的分析”方式會造成熱液流體組分和參數發生明顯變化，因此開展原位探測，獲取流體的原位參數是研究二者關系的重要保障。
海洋所研究員張鑫團隊和孫黎團隊，以西太平洋馬努斯弧后盆地DESMOS火山口發育的火山-熱液系統為研究靶區，利用“發現”號ROV在該火山口的Onsen噴口區和航次中新發現的Faxian溢流區分別開展原位拉曼綜合探測以及流體和生物的保真取樣。結果發現，由安山巖組成的Onsen區域形成的超酸性（pH：2.17）高溫流體含有大量H2（8.56 mmol/kg）。而同一火山口的Faxian溢流區的中性低溫流體卻不含H2而富含H2S（7.78 mmol/kg）。針對這一特殊現象，研究團隊基于上述原位定量結果和熱力學模擬計算提出，兩個區域由于海水混合程度的差異發生了不同的流體-巖石相互作用。研究通過進一步對Onsen和Faxian的樣品進行微生物組學分析發現，Onsen和Faxian存在不同的微生物群落，Onsen區域的微生物可以利用氫氣，而在Faxian區域微生物主要以氧化硫化氫作為能量來源。上述研究表明，在火山熱液系統，即便是同一巖漿來源的流體也會孕育不同的微生物群落。
該研究發揮了深海激光拉曼原位定量探測的優勢，實現了海洋探測技術、海洋地質學、海洋生物學的交叉融合。本航次基于激光拉曼原位定量探測技術，首次報道了火山作用主導的超酸性火山-熱液系統的氫氣濃度可達到毫摩爾級，并為其孕育的化能生態系統提供了重要的物質來源。以往富氫氣流體（毫摩爾級）主要是由超基性巖和基性巖發生蛇紋石化反應形成。大西洋“Lost City”堿性熱液系統（流體pH：9~11）由于蛇紋石化反應產生大量氫氣（1~15 mmol/kg），為早期生命提供了重要場所，但全球堿性熱液系統目前只有“Lost City”一處，不具有普適性。而地球早期海底火山作用頻繁，孕育了廣泛分布的酸性火山-熱液系統。該研究對探索生命起源具有重要的啟示意義。
研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項（A類）等的資助，并獲得“科學”號、“發現”號ROV運維團隊的支持。