奇妙的深海“黑烟囱”

　　截至2005年9月14日，执行我国首次环球大洋科学考察任务的“大洋一号”远赴深海大洋已有160多天。此次考察首次获得大量深海热液喷口附近的硫化物与沉积物样品，为研究地球科学及极端环境下生命科学提供了宝贵的第一手资料。

　　“热液硫化物”主要出现在2000米水深的大洋中脊和断裂活动带上，是一种含有铜、锌、铅、金、银等多种元素的重要矿产资源。对于它的生成，海洋科学家们经过实地考察

后认为：“热液硫化物”是海水侵入海底裂缝，受地壳深处热源加热，溶解地壳内的多种金属化合物，再从洋底喷出的烟雾状的喷发物冷凝而成的，因形似烟囱状，所以被科学家形象地称为“黑烟囱”。

　　奇特的“黑烟囱”

　　“黑烟囱”呈上细下粗的圆筒状，它们的直径从数厘米到2米，高度从数厘米到50米不等。位于海底的“黑烟囱”堆积群及其堆积物有点像教堂或庙宇建筑的复杂尖顶，规模较大的堆积物可以达到体育馆体积大小的百万吨以上。

　　专家们认为,海底“黑烟囱”的形成过程很复杂，它与矿液和海水成分、温度间存在的差异有关。由于新生大洋地壳或海底裂谷地壳的温度较高，海水沿裂隙向下渗透可达几公里，在地壳深部加热升温后，淋滤并溶解岩石中的多种金属元素，又沿着裂隙对流上升并喷发在海底。它们刚喷出时为澄清的溶液，与周围的海水混合后，很快变成“黑烟”并在海底及其浅部通道内堆积成硫化物。

　　目前，科学家已经在各大洋的150多处地方发现了“黑烟囱”区，它们主要集中于新生大洋的地壳上，如大洋中脊和弧后盆地扩张中心的位置。2003年“大洋一号”开展了我国首次专门的海底热液硫化物调查。经过长期不懈的“追踪”，终于发现了完整的古海底“黑烟囱”，它们的地质年龄初步判断为14.3亿“岁”。

　　生命科学的突破口在这些炽热的“黑烟囱”的周围活跃着一个崭新的生物群落———热水生物，比如长达三米而无消化器官、全靠硫细菌提供营养的蠕虫，加上特殊的瓣鳃类、螃蟹之类，说明地球上不仅有人们所习惯的，在常温和有光的环境下通过光合作用生产有机质“有光食物链”，还存在着依靠地球内源能量即地热支持，在深海黑暗和高温高压的环境下，通过化合作用生产有机质的“黑暗食物链”。从而构成了繁荣的深海生物圈。换言之，因为处在海洋深处，阳光无法照射到那里，它们不能依靠光合作用来合成生命物质，只能通过自身的化学反应类合成生命物质来生存。

　　在这里，海水的水温高达350℃，生物生活在既无氧也无光的高温高压环境下，并依靠氧化大量有毒有害的硫化物获得生命的能量。这种生存环境，很类似地球早期环境的极端高温环境：热泉水温高达350℃，周围水温为2摄氏度、水深两三千米，缺氧，遍布还原性的有毒气体和金属离子。一些生物基因组的研究也发现，这些生物非常原始，接近所有生命的共同祖先。

　　另外，海底“黑烟囱”周围生物的多样性和生物密度也可与热带雨林相媲美，目前新发现的生物种类已经达到了10个门类500多个种属。科学家们已对生存在深海高温下的细菌进行开发、利用，着手提取新型的生物酶，进行新医药和洗涤剂的实验。

　　矿产资源宝库这些“黑烟囱”不但为大量深海生物生存提供了生存环境，它们还能在短时间内为人类提供所需要的宝贵矿物。

　　“黑烟囱”喷出了炽热溶液，这些溶液富含铜、铁、硫、锌，还有少量的铅、银、金、钴等金属和其他一些微量元素。当这些热液与4℃的海水混合后，原来无色透明的溶液就成了黑色的金属硫化物溶液。

　　这些物质往上跑不了多高，就会像天女散花般地从烟柱顶端四散落下，沉积于烟囱的周围，从而形成含量很高的矿物堆。这一过程历经的时间很短，一般来说，从一个“黑烟囱”开始喷发到最终“死亡”，只要十几年到几十年，不过在这么短的时间里，它却可以累积造矿近百吨。而且这种矿，基本没有土、石等杂质，都是些含量很高的多种金属的化合物，稍加分解处理，就可以利用。

　　科学家为我们描述了这样一幅非常生动形象的“海底图画”：全球大洋底长达4万公里的大洋中脊首尾相接，其上不断有浓密的黑烟(热液)喷发，形成了无数的金属硫化物“黑烟囱”，然后它们又不断地生长坍塌，形成了海底矿床；在海底火山口处有钴结壳；广袤的海底盆地也大量地分布着许多金属结核。