1．氣態(tài)水是如何產(chǎn)生的

氣態(tài)水就是水達(dá)到了它的汽化溫度而呈現(xiàn)的一種特殊形態(tài)，這就相當(dāng)于在海底存在一個(gè)大的氣泡，但這個(gè)大的氣泡不往上上升的原因是它被蓋了一層熱液硫化物的礦物，就相當(dāng)于一個(gè)倒扣的碗一樣，把這個(gè)氣泡罩住了。

水的相態(tài)受控于其所處的溫度制、壓力條件，當(dāng)溫度超出其所處壓力下氣液分離溫度時(shí)，液態(tài)水將轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)水。在一個(gè)大氣壓下，純水會(huì)在一百攝氏度氣化，即“白開水”的由來。

2020年5月28日，中國科學(xué)院海洋研究所研究人員在深海熱液區(qū)，通過發(fā)現(xiàn)號(hào)高清攝像頭發(fā)現(xiàn)有大量“蘑菇型”熱液煙囪結(jié)構(gòu)形成的倒置湖。湖內(nèi)充滿大量閃閃發(fā)道光的水體。這是由于巨大的溫度、密度差異形成的強(qiáng)烈光反射層。

通過深海激光拉曼光譜原位探測系統(tǒng)和深海熱液溫度探針對倒置湖內(nèi)水體不同層位進(jìn)行拉曼光譜采集和溫度測量。結(jié)果表明，該區(qū)域倒置湖內(nèi)水體，從頂部至底部依次為高溫蒸汽相、熱液流體與海水混合相以及底層的正常海水相。頂部流體的溫度最高可達(dá)383.3℃。

2．氣態(tài)水的發(fā)現(xiàn)有什么意義

深海熱液系統(tǒng)孕育了豐富的礦產(chǎn)和基因資源，被認(rèn)為與生命起源相關(guān)，一直備受科學(xué)界關(guān)注。相分離作用是深海熱液系統(tǒng)流體組分發(fā)生分異的過程，對熱液流體化學(xué)組分的演化有重要影響。當(dāng)流體的溫度超過其所處壓力下兩相分離溫度時(shí)，低密度、低鹽度、富氣體組分的氣相將與鹵水相分離。但由于氣相在上升并噴出海底的過程中，溫度快速降低，使得蒸汽相無法在海底之上保持。研究人員此次在深海熱液區(qū)，通過“發(fā)現(xiàn)”號(hào)ROV的高清攝像頭發(fā)現(xiàn)由大量“蘑菇型”熱液煙囪結(jié)構(gòu)形成的倒置湖，湖內(nèi)充滿大量閃閃發(fā)光的水體。這是由于巨大的溫度、密度差異形成的強(qiáng)烈光反射層，使倒置湖的湖面看起來如同光滑的鏡面一般平整。通過深海激光拉曼光譜原位探測系統(tǒng)和深海熱液溫度探針對倒置湖內(nèi)水體不同層位進(jìn)行拉曼光譜采集和溫度測量。拉曼光譜的測量結(jié)果表明，該區(qū)域倒置湖內(nèi)水體呈現(xiàn)“三明治”式分層結(jié)構(gòu)，從頂部至底部依次為高溫蒸汽相、熱液流體與海水混合相以及底層的正常海水相。溫度測量數(shù)據(jù)表明，“蘑菇型”結(jié)構(gòu)頂部流體的溫度最高可達(dá)383.3℃，已經(jīng)超出了該區(qū)域水深(2180m)條件的相分離的溫度(378.1℃)，進(jìn)一步驗(yàn)證了拉曼光譜的測量結(jié)果，倒置湖內(nèi)頂部為氣態(tài)水并混有CO2、CH4、H2S等氣體組分。

氣態(tài)水能夠在該區(qū)域的海底之上存留，得益于該區(qū)域獨(dú)特的熱液煙囪構(gòu)造。“蘑菇型”煙囪結(jié)構(gòu)形成了一個(gè)半封閉的體系，將過熱的高溫流體與周圍低溫海水隔離。高溫?zé)嵋簢姲l(fā)物通過倒置湖的鏡面(氣液界 面)向海水緩慢擴(kuò)散，這種特殊的噴發(fā)模式有利于熱液硫化物在煙囪邊緣沉淀，從而減弱對海洋環(huán)境的影響。金屬元素的溶解與運(yùn)移受到流體密度的控制，因此低密度氣相和超臨界相熱液噴發(fā)系統(tǒng)在元素分配和硫化物礦化過程上與常規(guī)熱液系統(tǒng)有明顯差異。當(dāng)前，超臨界相與氣相熱液噴發(fā)系統(tǒng)僅在洋中脊熱液區(qū)被觀測到，此次在弧后熱液區(qū)觀測到的氣相熱液噴發(fā)系統(tǒng)與洋中脊的超臨界相與氣相的噴發(fā)系統(tǒng)相比，具備更加穩(wěn)定的噴發(fā)條件。對此類氣相熱液噴發(fā)系統(tǒng)的原位探測，有助于揭示此類低密度氣相熱液噴發(fā)系統(tǒng)的熱液硫化物礦化過程以及對深海環(huán)境的影響。

上述發(fā)現(xiàn)是使用我國自主研發(fā)的國際首個(gè)可以直接插入450℃深海熱液噴口的譜系化拉曼光譜探針(RiP)獲得的。高溫?zé)嵋簢娍诘脑惶綔y一直是世界性技術(shù)難題，由于苛刻的高溫、高壓、強(qiáng)酸(堿)和渾濁的流體環(huán)境，深海高溫?zé)嵋簢娍谝恢北徽J(rèn)為是光學(xué)鏡頭的禁區(qū)。RiP高溫?zé)嵋豪庾V探針成功突破了普通光學(xué)鏡頭不耐高溫和防顆粒附著性能差等技術(shù)難題，為深海熱液高溫流體地球化學(xué)性質(zhì)研究提供了首個(gè)多參數(shù)原位光學(xué)探測傳感器，為研究熱液流體對海洋環(huán)境和全球變化的影響提供了一種新方法。