开启中国海洋科学研究的万米时代｜深渊科学 : 地质、环境与生命新前沿

深渊，又称海斗深渊或超深渊，专指海洋中深度大于 6000m 的海沟和断裂带区域。全球共有 37 条深渊级海沟，其中 5 条最深的万米深渊海沟分布在西太平洋。深渊环境以压力大、温度低、黑暗无光、构造活跃、地震密集和生命奇特为特点，代表了地球上非常独特的深海极端环境。这里孕育了地球上最神秘的生态系统，分布着特有的洋流运动，与上层海洋、海底及海底以下圈层之间存在着广泛的物质和能量交换。深渊区域与浅海（<200m）、半深海（200~3000m）和深海（3000~6000m）一起，共同构成了完整的地球海洋体系，是驱动地球系统演化的关键一环。

▲ 深渊海域的全球分布图

注：①沟状断层，并非俯冲形成的海沟；②日本海沟和千岛堪察加海沟未被 6500m 深度隔开，因此，从生态角度来看，它们代表了一个连续的深渊。

然而，由于深渊巨厚水层和极高静水压力的阻隔，长期以来科学界对深渊生命、环境和地质过程的了解十分有限，深渊区域至今仍然是地球上最为神秘且又最难企及的极端环境之一，人类对这一深海区域的了解程度甚至低于月球表面。近年来，随着深渊运载和探测技术屏障被逐步突破，深渊科学正成为国际地球科学尤其是海洋科学中蕴含重大突破的最新前沿领域。它以全海深载人 / 无人潜水器、深渊探测装置和深渊环境模拟平台为主要技术装备，探索深渊内发生的生命、地质、化学和物理等自然现象、过程及其规律，重点研究海洋最深处发生的生命过程与生命演化、俯冲作用和板块运动、物质深部运移和循环机制、底部释气与化能生命、早期成岩与生物地球化学过程、基因流迁移与洋流运动等。

▲ 深渊典型流体活动与伊丁石化泥火山成因示意图

“十三五”以来，中国科学院率先启动“海斗深渊前沿科技问题研究与攻关”B类先导专项，组织了多个深渊科学考察航次，获取了马里亚纳海沟 / 雅浦海沟相关的样品、数据，开启了中国海洋科学研究的万米时代。通过聚焦深渊科学的前沿，我国已在深渊生命演化及适应性、深渊地质活动和深渊环境效应等方面取得了一系列新认识。例如，系统地阐释了深渊特有生物狮子鱼在组学水平上的适应性机制；在深渊微生物中发现了无修饰反义密码子，表明深渊生命体中基因翻译过程可能受到高静水压的影响；在马里亚纳海沟俯冲板块上发现新型伊丁石化泥火山，这是目前报道的全球最深的泥火山活动区域，也是首次在俯冲板块上发现与洋壳蚀变相关联的流体活动和释放现象；在雅浦海沟深渊地幔橄榄岩中发现非生物成因有机质，对地球早期生命起源及地球深部生物圈有着重要的启示意义；报道了持久性污染物和微塑料等人为污染物抵达了马里亚纳海沟挑战者深渊，引起了国内外学术界的广泛关注。

▲ 深渊狮子鱼的取样信息和形态特征

▲ 深渊狮子鱼通过增加的蛋白质稳定性抵抗静水压力

▲ 蚀变基岩中细菌 16S rRNA 基因系统发育树

▲ 雅浦海沟与马里亚纳海沟的海水深度图及采取样本

▲ 马里亚纳海沟沉积物样品中微塑料丰度和组成剖面

深渊科学是一个多学科交叉的研究领域，涵盖了物理海洋学、地球物理学、海洋化学、海洋地质学、海洋沉积学、海洋生物学和海洋环境学等多个学科。是国内第一部深渊科学专业书籍，从深渊地质、深渊生命和深渊环境三个学科方向，汇集了中国科学院“海斗深渊前沿科技问题研究与攻关”B 类先导专项的部分研究成果。一方面，本书力图介绍深渊地质、生命与环境科学的基础知识，以期满足读者对深渊专业背景知识的需求；另一方面，也注重最新研究成果的展示，力求突出我国在第一阶段深渊科学研究中取得的进展。

全书共分 16 个章节。第 1 章由李栋、陈传绪撰写，以马里亚纳深渊南段为例，介绍了深渊的构造特征与演化历史；第 2 章由徐洪周、江会常、谢强、喻琉、尚学坤、黄财京、龙桐、王东晓和舒业强撰写，介绍了马里亚纳深渊多尺度动力过程及水团特性；第 3 章由何舜平、王堃撰写，介绍了马里亚纳深渊狮子鱼的演化历史和适应机制；第 4 章由张海滨、刘君、刘若愚、穆文丹和李亚男撰写，介绍了马里亚纳深渊大型底栖无脊椎动物物种分布及适应性进化；第 5 章由崔国杰、李俊、高兆明和王勇撰写，介绍了马里亚纳深渊沉积物原核微生物群落多样性；第 6 章由连春盎和贺丽生撰写，介绍了马里亚纳和雅浦深渊钩虾、海参和狮子鱼肠道菌群结构及功能；第 7 章由李学恭、尹群健、张婵、张维佳和吴龙飞撰写，介绍了深渊微生物代谢特征与高压环境适应性机制；第 8 章由荆红梅、张玥和刘红斌撰写，介绍了马里亚纳和雅浦深渊微微型真核生物群落的生态分布与结构特征；第 9 章由杜梦然和彭晓彤撰写，介绍了马里亚纳深渊新型泥火山及生命系统；第 10 章由郭自晓和彭晓彤撰写，介绍了雅浦深渊低级变质洋壳中孕育的化石生命；第 11 章由南景博和彭晓彤撰写，介绍了深渊岩石圈中的非生物成因有机质；第 12章由柳双权和彭晓彤撰写，介绍了马里亚纳深渊有机质早期成岩作用；第 13 章由李季伟、他开文、陈祉言和彭晓彤撰写，介绍马里亚纳深渊沉积物中生物标志物及来源；第 14 章由彭晓彤、Dasgupta Shamik 和陈明玉撰写，介绍了马里亚纳深渊环境中的持久性有机污染物分布与来源；第 15 章由陈明玉和彭晓彤撰写，介绍了马里亚纳深渊环境中的微塑料污染；第 16 章由刘羿、袁晶晶和孙若愚撰写，介绍了马里亚纳深渊生物体内甲基汞的来源与传输途径。

在此，特别感谢中国科学院 “海斗深渊前沿科技问题研究与攻关”B 类先导专项提供的航次和研究经费支持，同时也衷心感谢“探索一号”“探索二号”和“向阳红九号”科考船以及“深海勇士号”和“蛟龙号”载人潜水器全体船员和潜航员提供的海上作业支持。

作者简介

彭晓彤 研究员现任中国科学院深海科学与工程研究所副所长，学术委员会主任。入选国家“WR计划”领军人才，获国务院特殊津贴、“中科院科技报国优秀共产党员”称号，是十三·五/十四·五国家重点研发计划海洋环境专项总体专家组成员，多次担任中国及国际载人深潜航次首席科学家。彭晓彤研究员专注于深渊地质地球化学与探测技术领域，在深渊新型泥火山的发现及成因机制、深渊碳俯冲机制、深渊洋壳蚀变与火山驱动的化能生命活动、深渊洋壳有机碳的非生物成因、深渊人类源污染物放大效应、深海海底大型塑料垃圾场的发现等方面取得了多项重要成果，引起了国际深海科学界的关注，在包括GPL、GCA、Geology、PNAS、The Innovation和NC等在内的国内外学术期刊上发表学术论文九十余篇。

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（本文编辑：王芳）

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