休伦湖中岛天坑或有助于我们了解地球演化

2002 年，潜水员们在休伦湖的沉船湾国家海洋保护区里游泳。该保护区保护着近 100 艘船只的残骸，这些船只在试图穿越“沉船巷”时遇难。

潜水员们看到了寻常的沉船。倾覆的汽船。拖船的残骸。但还有别的东西。在中部岛屿附近，也就是密歇根州海岸约一英里处，似乎有一个巨大的沉洞。

科学家们派遣了一台遥控潜水器（ROV）靠近这个陨石坑。他们很快意识到他们看到的是一个古老的沉洞，在接下来的几年里，他们将得知五大湖中还有许多其他的沉洞。

随着技术的发展，研究人员能够更深入地探索沉洞，科学家们发现它们就像时间胶囊，能让我们一窥数十亿年前的生活景象。

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研究水下沉洞

休伦湖下方是一个古老的盆地，形成于 4 亿年前，由白云石、石膏和石灰岩构成。随着时间的推移，这些基岩发生了移动、破裂并形成了导致洞穴出现的腐蚀。最终，洞穴的顶部坍塌，留下了沉洞。

根据深度不同，沉洞可能会有光线穿透。这些通常在离海岸较近的地方发现。有些离海岸较远的沉洞，比如中部岛屿沉洞，光线无法穿透。

“我想把它们描述为独特、超凡脱俗，”美国国家海洋和大气管理局（NOAA）驻密歇根州安阿伯大湖环境研究实验室的研究物理科学家 Steven A. Ruberg 说。

Ruberg 说，如果一个人看着 ROV 的摄像机画面，他们首先会注意到水在车辆深入湖中的时候变得有些浑浊。这是因为沉洞里的水比淡水重，两者之间的相互作用使得它看起来像一层朦胧的云。

随着 ROV 下降，摄像机可能会看到陨石坑或隆起的山脊。大约在 70 英尺深处，ROV 会看到湖底有紫色的团块，这是由蓝细菌形成的，蓝细菌是一种在沉洞等高硫酸盐、低氧环境中茁壮成长的微生物。蓝细菌与化能合成细菌一起生活，化能合成细菌呈白色。

这两种微生物已经发展出了一种类似“日班、夜班”的交换模式。白天，蓝细菌进行光合作用并寻找光线；晚上，化能合成细菌则以硫为食，并在夜间活动。

“每天，紫色的蓝细菌会上升到表面来获取光线。到了晚上，白色的化能合成细菌会上浮，”Ruberg 说。

这些微生物的“共生关系”吸引了科学家的注意。它们还作为活体时间胶囊，让研究人员得以窥见数十亿年前的生活景象，从而引起了他们的兴趣。

没有氧气的生命

像中部岛屿这样的沉洞没有氧气。25 亿年前，在元古代初期，地球也没有氧气。

“早期的地球当然会有硫和盐，但水里没有任何氧气，因为大气层里也没有氧气，”Ruberg 说。

研究沉洞的学者认为，地球的自转速度减慢可能导致了氧化。在《自然地球科学》杂志 2021 年的一项研究中，研究人员考虑了中部岛屿沉洞中的紫色蓝细菌，并提出随着地球开始缓慢自转，进行光合作用的蓝细菌释放了更多的氧气。

数十亿年前，一天可能只有六个小时。这对紫色的蓝细菌来说，用于通勤到地表进行光合作用的时间更短。随着时间的推移，地球的自转速度减慢，白天变长，蓝细菌释放了更多的氧气。氧气的增加改变了大气层，为地球演变成我们所知的生命奠定了基础。

沉洞帮助我们了解地球

沉洞正在改变科学家们对地球的理解，但他们还有很多关于沉洞本身想了解的地方。为了做到这一点，科学家们需要更好地了解它们在五大湖中的位置。一项海底测绘计划始于 2019 年，科学家们正在使用多波束声纳绘制美国海岸线和五大湖的地图。

到目前为止，只有 15% 的湖床被绘制了地图，这意味着密歇根湖或苏必利尔湖中可能存在科学家们尚未知的沉洞。进一步研究沉洞可以帮助科学家更好地了解地球的演变，Ruberg 说，它们还可以帮助研究人员更好地预测湖泊的情况。

预测湖泊情况包括了解水流，这对于搜救队寻找失踪船只或人员很有帮助。在发生石油泄漏或其他人为灾难时，了解水流有助于确定污染物可能如何扩散。预测湖泊情况还可以包括水位的季节性变化，这告诉科学家有多少水进入系统以及可以期待什么。

“掌握这些信息有助于理解生态和生物学。这有助于您更好地了解食物网并就生态系统做出更好的决定，”Ruberg 说。

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文章来源

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• 自然教育知识项目。岩石、水、微生物：休伦湖中的水下沉洞是远古微生物生命的栖息地

• 《自然地球科学》。地球自转速率与氧化作用之间的可能联系