【海洋之谜】什么是“海底黑烟囱”？

什么是“海底黑烟囱”？  海底黑烟囱的发现及其研究是全球海洋地质调查近十年取得的最重要的科学成就。
/ T  i+ |! ?2 v& V' B  现代海底黑烟囱的研究始于1978年，当时，美国的阿尔文（Alrin）号载人潜艇在东太平洋洋中脊的轴部采得由黄铁矿、闪锌矿和黄铜矿组成的硫化物。1979年又在同一地点约2610～1650米的海底熔岩上，发现了数十个冒着黑色和白色烟雾的烟囱，约350℃的含矿热液从直径约15厘米的烟囱中喷出，与周围海水混合后，很快产生沉淀变为“黑烟”，沉淀物主要由磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿和铜－铁硫化物组成。这些海底硫化物堆积形成直立的柱状圆丘，称为“黑烟囱”。
6 e2 H+ M! s2 h  海底黑烟囱的形成主要与海水及相关金属元素在大洋地壳内热循环有关。由于新生的大洋地壳温度较高，海水沿裂隙向下渗透可达几公里，在地壳深部加热升温，溶解了周围岩石中多种金属元素后，又沿着裂隙对流上升并喷发在海底。由于矿液与海水成分及温度的差异，形成浓密的黑烟，冷却后在海底及其浅部通道内堆积了硫化物的颗粒，形成金、铜、锌、铅、汞、锰、银等多种具有重要经济价值的金属矿产。目前，世界各大洋的地质调查都发现了黑烟囱的存在，并主要集中于新生的大洋地壳上。
. _1 N8 T1 r$ |- _- e  研究生命起源和大洋演化的指路灯
  黑烟囱与含矿液体的运移通道共同组成了金属硫化物的成矿环境，并可以在地层中保留下来，成为研究当时古大洋环境的重要样本。
" {& }( ~  |& j9 G" S6 Z0 f- j0 F  同时，大量的海底调查研究发现，在海底黑烟囱周围广泛存在着古细菌，这些古细菌极端嗜热，可以生存于350℃的高温热水及2000－3000米的深水环境中，为古老生命的孑遗。黑烟囱喷出的矿液温度可高达350℃，并含有CH4、CN等有机分子，为非生物有机合成，如此环境可以满足各类化学反应，有利于原始生命的生存。科学研究表明只有地球早期的环境才与此类似，科学家们为此提出了原始生命起源于海底黑烟囱周围的理论，认为地球早期水热环境和嗜热微生物可能非常普遍，地球早期的生命可能就是嗜热微生物。
% E4 a& S" w; k- L  世界各地在对不同时代古大洋地质记录（蛇绿岩）进行广泛的调查时，先后在日本、德国、美国、加拿大等地找到了古海底黑烟囱的残片及相关块状硫化物。但是，大多数硫化物的时代很少大于6亿年，老于25亿年古海底黑烟囱记录还不多见，尽管在加拿大和澳大利亚发现了26亿－27亿年前的金属硫化物矿产，但尚无海底黑烟囱残片的报道。为此寻找古老的黑烟囱残片具有重要的科学价值。