据中国科学院海洋研究所官方网站消息，28日，中国科学院海洋研究所科研船“科学”号首次观测到深海热液区存在气态水的证据。结果今天(5月28日)正式发表在权威的地球科学杂志《地球物理学研究快报》上。央视今天也报道了这一轰动性的科学发现。
中国科学院海洋研究所官方网站全文如下：
水的相态受其温度和压力条件的控制。当温度超过其压力下的气液分离温度时，液态水将转化为气态水。在一个大气压下，纯水将在100摄氏度时蒸发，这就是“白开水”的起源。然而，在深海海底的高压环境下，海水的气化温度可以达到几百摄氏度。深海中有大量超高温气态水吗？
2018年，“科学”号科研船在深海热液航行期间，中国科学院海洋研究所的严军研究小组首次利用深海激光拉曼光谱原位探测系统(RiP)和中国自主研发的深海热液温度探针，观测到冰冷海底存在气态水的证据。该结果于5月28日正式发表在权威期刊《地球物理研究快报》(《地球物理学研究快报》)上。
深海热液系统蕴藏着丰富的矿物和遗传资源，被认为与生命起源有关，受到科学界的密切关注。相分离是深海热液系统中流体成分分化的过程，对热液流体化学成分的演化具有重要影响。当流体在其压力下的温度超过两相分离温度时，具有低密度、低盐度和富气组分的气相将从盐水相中分离出来。然而，由于气相的温度在上升和喷出海床的过程中迅速下降，气相不能保持在海床以上。研究人员通过深海热液区的水下机器人发现号(ROV Discovery)高清摄像头，发现了一个由大量蘑菇状热液烟囱结构形成的倒湖，湖中充满了大量闪闪发光的水体。这是由于巨大的温度和密度差异形成的强反光层，使得倒挂的湖面看起来像镜子一样光滑。通过深海激光拉曼光谱原位探测系统和深海热液温度探头对倒灌湖水体的不同层次进行拉曼光谱采集和温度测量。拉曼光谱测量结果表明，该地区倒挂的湖泊水体自上而下呈“三明治”层状结构，底部为高温气相、混有海水相的热液和正常海水相。温度测量数据表明，“蘑菇状”结构顶部的流体温度可达383.3，超过了该区域水深(2180米)条件下的分相温度(378.1)，进一步验证了拉曼光谱测量结果。颠倒的湖是混合了二氧化碳、甲烷、H2S和其他气体成分的气态水。
水下机器人发现号拍摄的倒湖仰视图
水热温度探头采集的温度数据和激光拉曼光谱系统采集的拉曼光谱数据
由于该地区独特的热液烟囱结构，气态水可以留在海底。“蘑菇形”烟囱结构形成一个半封闭系统，将过热的高温流体与周围的低温海水隔离开来。高温热液喷口通过倒湖的镜面(气液界面)慢慢扩散到海水中。这种特殊的喷发方式有利于热液硫化物在烟囱边缘的沉淀，从而减弱对海洋环境的影响。金属元素的溶解和迁移受流体密度控制，因此低密度气相和超临界相热液喷发体系明显不同于常规热液
上述发现是利用中国自主研发的第一个可直接插入450深海热液喷口的国际系谱拉曼光谱探针获得的。高温热液喷口的原位探测一直是一个世界性的技术难题。由于恶劣的高温、高压、强酸(碱)和混浊的流体环境，深海热液喷口一直被认为是光学透镜的禁区。RiP高温水热拉曼光谱探针成功突破了普通光学透镜耐低温、耐颗粒粘附性差等技术难题，为深海水热高温流体地球化学性质研究提供了第一个多参数原位光学检测传感器，为研究水热流体对海洋环境和全球变化的影响提供了新的方法。
李连福博士是文章的第一作者，研究员张馨是通信作者。
李、李、张、陆、栾、杜、王、王等(2020)。海底热液气相流体：现场观察的证据。地球物理研究快报，47，e2019GL085778。
http://doi.org/10.1029/2019GL085778
倒湖镜的形成原理及蘑菇结构的形成模型
已证实的活动热液区的全球分布和具有类似结构的热液区的位置
