漫话地球大洋海底“黑烟囱”（1）
胡经国已成为国际前沿研究热点一、海底“黑烟囱”的概念与成因已成为国际前沿研究热点海水渗入大洋中脊地壳下岩浆加热温度高达400的黑烟主要由极细粒灰色黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿颗粒组成。这些海底喷出来的硫化物，经长时间堆积形成直立柱状体，外形极像农村房上的烟囱，称为黑烟囱黑烟囱主要由黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿等成分组成，还含有一些硫酸盐如重晶石、硬石膏等。如果海底喷发出来的是极细粒的二氧化硅、氧化钡、黄铁矿等颗粒，就白烟。，形成的柱状体，称为白烟囱。此外还有一些低温烟囱体，主要温度低于100低温喷口，主要碳酸盐或非晶质二氧化硅。海底烟囱。地壳扩张分离，海水渗地遭遇炽热岩浆形成热液由于新生大洋地壳或海底裂谷地壳的温度较高，海水沿向下渗透可达几公里在地壳深部加热升温淋滤并溶解岩石中多种金属元素后地壳扩张分离运动形成由于热液流体与海水成分、温度的差异，热液携带矿物质返回大海。海底热液出后遇冰冷的海水，热液中溶解的硫化物遇冷凝固。凝固的矿物在热液口周围不断堆积，形成了巨大的。它们在海底形成具有重要经济价值的多金属铜、锌、铅、金、银等，成为新世纪人类潜在的矿产资源。有意思的还有，科学家还在一些黑烟囱上发现了原生的自然金颗粒和天然水银。
二、现代海底“黑烟囱”的分布
全球海底长达4万公里的大洋中脊首尾相接，其上不断有喷发，形成了无数的黑烟囱海底热液喷口通常范围很小，只有几十米、上百米的范围，要在二、三千米深的海底下发现非常困难全球已经报道的海底只有140多个
1、太平洋
海底黑烟囱的发现及其研究是全球海洋地质调查近30年取得的最重要的科学成就之一。现代海底黑烟囱的研究开始于1977年，美国的阿尔文（Alvin）号载人深潜器上的地质学家在东太平洋海隆（北纬21°）地区发现了深海的生物世界1978年在东太平洋洋中脊的轴部首次采得了由黄铁矿、闪锌矿和黄铜矿组成的硫化物。1979年在同一地点约1650～2610米深的海底熔岩上，发现了数十个冒着黑色和白色烟雾的烟囱，以及附近由铜、铁、锌的硫化物形成的丘体。这些烟囱直径约15厘米左右，喷出约200～400的含矿热液，与周围低温海水（约2）混合后，很快产生沉淀变为黑烟。
海底黑烟囱的分布，是海底热液的分布。30年来，深海海底热液矿床和生物群落调查研究表明，其主要产出在太平洋和大西洋，其中以太平洋的露点最多。据不完全统计，规模较大的有近20处。太平洋有加拉帕戈斯断裂带、东太平洋海隆、瓜伊马斯海盆、胡安德富卡洋脊区、马里亚纳海槽区、北斐济海盆、劳海盆、冲绳海槽等；大西洋有大西洋洋中脊等。
2、大西洋挪威卑尔根大学一支由地质学家组成的探险队对热液口进行了探索研究，并用遥控设备拍下了海底热液的场景。此次发现的共5个海底黑烟囱，均位于格陵兰岛与挪威之间的大西洋中脊之上。其中最高的海底黑烟囱有4层楼高。这是迄今为止人类发现的位置最北端的热液口，距离其已知热液口还要向北190多公里新发现的活跃烟囱大部分都黑色，热液的矿物质表面覆盖着一层白色的细菌。由于铁元素被氧化，老烟囱已逐渐变得斑斑驳驳。
一般情况下，地理位置越靠北，地壳扩张的速度越慢。在极北地区，地壳扩张非常之慢，竟然还会产生如此之多的热液口，实属罕见。
3、印度洋记者从中国大洋第19航次科学考察队大洋一号科学考察船了解到，科学家在西南印度洋脊发现了新的海底热液活动区确定了热液喷口位置并在东南印度洋中脊发现新的海底热液异常区。这是科学家首次完全靠自己的力量在大洋中脊发现新的海底热液活动区,也是世界上首次在西南印度洋中脊和超慢速洋中脊发现正在活动的新的海底热液活动区。这一新发现的海底热液活动区位于超慢速扩张的大洋中脊上有可能形成大型矿床，同时对于海底热液活动对比研究具有重要科学意义。这新发现对于积极参与制定国际海底新的勘探规章制度、提高大洋中脊研究水平和国际地位具有重要意义。
在正常的海底条件下，黑烟囱形成后，在海底存在几千年至几万年。低温而氧化的海水与硬石膏和硫化物之间在化学上存在不平衡，将使黑烟囱发生溶解，仅下部的块状硫化物和网脉带保留于地层中。，地史时期块状硫化物黑烟囱构造很少保留。海底地质观察也表明，随着热液活动的减弱和停止，海底黑烟囱也将逐渐瓦解和消亡海底黑烟囱不断发生溶解和坍塌，并形成各种硫化物碎块堆积。黑烟囱仅是成矿过程中短时的地质现象，在地史时期的块状硫化物内很少保留良好的黑烟囱。目前已在乌拉尔、塞普路斯、爱尔兰、澳大利亚等地发现了一些地史时期的黑烟囱构造主要保留于块状硫化物内，并且规模较小，可能代表较下部层次（刚开始发育的）的黑烟囱构造，明显不同于现代海底黑烟囱。
寻找地史时期的黑烟囱残片记录，并且对其开展相关科学研究，具有重要意义。黑烟囱构造海底环境形成的块状硫化物矿床的特征构造，记录了高温流体与冷却海水之间的混合、冷却，以及快速结晶形成硫化物及硫酸盐的过程是研究地史时期成矿作用、古大洋环境及热液活动的重要样本。黑烟囱周围还可能保留极端环境下形成的生物化石，对于研究生命起源也具有重要价值海底热液活动区中的金属硫化物沉淀到烟囱和附近海底上。这些硫化物富含大量铜、铅、锌、金、银等贵金属，可以在海底形成几千吨甚至亿吨的矿床，有望成为世纪人类即将开发的重要海底矿产资源之一。在海底热液活动区喷口附近还发现在高温高压极端环境下生物，存在有助于生命起源研究的海洋生物基因，对于生命起源这重大科学研究具有重要意义，并且具有医药开发前景。同时海底热液活动产生的巨大热能是地球的能量来源，它可能对全球气候变化产生一定影响。因此海底成为许多先进国家争相研究的课题。
1、海底“黑烟囱”与海洋矿产资源船长甄松刚介绍，在大洋中脊进行海底热液硫化物资源探查，是一项大海捞针式的需要高科技支撑的探索性工作。第二航段的主要是在第一航段成果的基础上，进一步扩大战果，利用水下自机器人开展扫面式的详细调查，争取拍到正在冒烟的海底热液喷口，用带电视的抓斗取样器取到热液硫化物样品和生物样品。黑烟囱中喷出的热液流体可以形成大型热液矿床。目前，从资源量方面已发现了多处百万吨级以上的海底热液矿床东太平洋海隆北段，勘探到了海脊块状硫化物堆积体，其直径为200米，厚为10米，储量大于1.5兆吨北胡安德富卡海脊有7处活动热液堆积体，直径达400米，高为60米，估计每个堆积体的块状硫化物至少有1.0兆吨红海的阿特兰蒂斯海渊有直径10公里的海盆，它们不断积聚的多金属软泥金属含量至少有94.0兆吨大西洋中脊TAG热液场的椭圆形堆积体，其宽度为250米，高度为50米，块状硫化物达5.0兆吨。
2、海底“黑烟囱”与生命起源这种细菌曾发现于美国黄石公园的高温热泉中。它们在现海底生存的环境，类似地球早期环境的极端高温环境。
虽然在海底缺少生命所必须的阳光，但是热液口却可以为某些独特的生物提供温暖的安乐窝，热液中的化学物质还可以为这些海底生物提供养分。因此，在热液口的周边区域生活着大量的微生物。前期观测结果表明，北极热液口周边的生态系统与其他地区热液口的生态系统有着明显的不同。一些科学家甚至认为，海底热液口可能是地球生命起源的最理想环境
由于巨大的热通量、海底热液生物、黑暗生物链等与生命起源有关因素的存在，因而海底热液活动区域成为天然的海底实验室。尽管海底热液活动区的温度极高，但在烟囱周围却存活着长管虫、蠕虫、蛤类、贻贝类蟹类、水母、藤壶等特殊的生物群落。有人将这样五彩缤纷、生机勃勃的海底生物世界称为海底生命绿洲。
据《京华时报》报道2002年8月，以地球与空间科学学院李江海教授为首的研究组在对五台山太行山交界区进行中美加专家联合地质调查时，发现了25亿年前的海底黑烟囱这发现为地球生命起源与大洋演化提供了重要证据。同行的美国和加拿大专家充分肯定了李江海研究组的这项科学发现，并给予高度评价。报道说，次在陆上发现的黑烟囱碎片标本共有几百块，形成于距今25亿年前的海底。李教授说，这些碎片不仅展现了生命发展的轨迹，还可以炼金。海底黑烟囱就像一个通道，把岩石所富含的铁、铜、铅、锌、钡、硫甚至金、银等物质出来矿物质含量丰富，有的甚至达100％，经济价值非常高。据介绍，此次科学家发现海底黑烟囱的地区，布满了矿点，它们主要利用矿石生产硫酸。而实际上，这些矿石含金，而且可以综合利用，冶炼出更多宝贵物质，现在却被大量闲置着。另据推测，甘肃和云南地区，应该有几亿年前的海底黑烟囱的迹象。科学家们将继续寻找，争取找到完整的海底黑烟囱，对生命起源于海底黑烟囱的学说进行印证。在喷口相对高温环境里，有生物活动。现代科学家正在研究这种生物群落现象。在黑烟囱喷口处发现与喷口周围小有关的深海活生物群落的存在，如管状蠕虫、贻贝、扇贝、虾、螃蟹、海葵、鱼等揭示了与地球内部热能有关的化学合成的细菌作用过程可以替代海洋真光层光合作用过程这对早期生命体演化的认识有着重大意义。
3、海底“黑烟囱”与地球环境对岩石圈向球大洋的地热和地球化学通量有巨大贡献。（通量在流体运动中，单位时间内流经某单位面积的某属性量是表示某属性量输送强度的物理量）
现代海底热液活动所导致的热通量可能仅次于太阳对地球的热辐射，与火山所产生的能量类似而物质通量则可与大陆入海河流所形成的通量相近因此，海底热液活动对海洋化学环境、大洋环流及全球气候有着重要的影响。
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