北极泥火山Borealis：脆弱物种的天然庇护所与甲烷渗漏生态系统的地质-生物耦合机制

本研究首次报道了北极Barents海Borealis泥火山(MV)的地质特征与生态系统功能。通过ROV原位观测结合地球化学分析，揭示了该区域11.5°C暖流渗漏、古近纪沉积物喷发及甲烷迁移形成的碳酸盐基质，为濒危红鱼(Sebastes norvegicus)等物种提供了躲避底拖网捕捞的天然庇护所，同时阐明了冰退作用与热流体涌动共同调控的泥火山形成机制。该发现对理解北极冷泉生态系统生物多样性维持及地质碳排放具有重要意义。

　　

在北极快速变暖的背景下，海底甲烷渗漏系统正成为全球气候变化与生态保护研究的焦点区域。北极海域已发现大量甲烷渗漏点，但具有完整泥火山结构的仅报道过Hakon Mosby泥火山(HMMV)。这类系统既是温室气体甲烷的重要排放源，又因其特殊的地质构造可能形成独特的生物栖息地。然而，学界对北极泥火山的地质形成机制、流体迁移过程及其生态功能仍知之甚少，特别是这些"深海绿洲"能否为受渔业活动威胁的北极物种提供庇护所，更是亟待解答的科学问题。

挪威北极大学(UiT The Arctic University of Norway)领衔的国际研究团队在《Nature Communications》发表突破性研究成果，通过多学科交叉方法揭示了Barents海Borealis泥火山的形成机制与生态价值。研究人员综合运用ROV原位观测、多波束回声探测、稳定同位素分析(δ¹³C-CH₄)、水体甲烷传感器(SAGE)和古生物地层学等技术手段，首次证实该泥火山是北极脆弱物种的天然避难所，同时提出了"冰退触发"与"热流体涌动"双模型解释其形成机制。

研究团队采用的关键技术包括：1)搭载CTD和温度探针的ROV进行海底原位测量，获取11.5°C的异常温度数据；2)多波束水柱数据追踪26个气体羽流，最高达355米水柱；3)SAGE传感器实时监测溶解甲烷浓度(最高11,390 nmol L^-1)；4)稳定同位素分析确定甲烷微生物来源(δ¹³C=-27.11‰)；5)微体古生物鉴定确定喷发沉积物年代为更新世。

Subseafloor, seafloor and water column insights

三维地震数据显示Borealis MV存在直径500-600米的烟囱状结构，延伸至海底300米以下。海底观测发现4个主要喷口，其中南侧喷口持续释放甲烷和古近纪沉积物。碳酸盐沉积规模惊人，单层厚度达数十厘米，总厚度可达5米，显著区别于普通冷泉环境。

Origin of fluids and expelled mud

喷出物中的浮游有孔虫组合证实其源自上新世-更新世地层。C/N比(20.2)和δ¹³C值(-27.11‰)指示有机质经历长期微生物降解。气体组分分析显示微生物甲烷为主，但存在深层热成因组分(C₂H₆和C₃H₈)，证实与深部油气系统连通。

A unique oasis for faunal communities

微生物席和管状蠕虫(Oligobrachia sp.)构成基础生态系统。碳酸盐基质成为八放珊瑚(Primnoa resedaeformis)等固着生物的栖息地。特别值得注意的是，濒危物种挪威红鱼(Sebastes norvegicus)大量聚集在碳酸盐构造周围，腹部膨大的个体表明此处可能是其产卵场。VMS数据显示该区域已停止底拖网作业，使碳酸盐构造成为事实上的海洋保护区。

Glacial history and genesis of Borealis MV

研究提出双形成机制："冰退触发模型"认为冰川消退后甲烷突然释放形成火山口；"热流体涌动模型"指出深层暖流周期性分解浅层天然气水合物导致喷发。碳酸盐沉积作为低渗透层，周期性阻止流体上涌，最终导致压力积聚和爆发式释放。

A natural sanctuary for threatened Arctic species

碳酸盐构造的三维结构为红鱼等物种提供躲避捕捞的物理屏障，而局域温度升高可能加速鱼卵发育。研究强调这类地质系统可作为"海洋保护区网络"的关键节点，符合挪威2030年保护30%海域的政策目标。

该研究首次系统阐明了北极泥火山的地质-生态耦合机制：1)发现北极第二座泥火山，拓展了对北极流体渗漏系统的认知；2)证实碳酸盐构造的生态庇护功能，为北极渔业管理提供科学依据；3)提出的双形成模型为理解冰期-间冰期转型期海底释气过程提供新视角。这些发现对评估北极碳循环、制定深海保护策略具有重要指导价值，也为全球其他海域的类似系统研究提供了范式。随着北极开发的深入，此类"地质避难所"的保护将成为平衡资源开发与生态保护的关键议题。