“黑煙囪”是聳立在海底的硫化堆積物，呈上細下粗的圓筒狀，因形似煙囪狀，所以被科學家形象地稱為“黑煙囪”。這些“黑煙囪”不僅能噴“金”吐“銀”，形成海底礦藏，具有良好的開發(fā)遠景。而且很可能和生命起源有關(guān)，并具有巨大的生物醫(yī)藥價值。

“阿爾文”號的發(fā)現(xiàn)

自1974年以來，不少國家對太平洋的加拉帕戈斯海嶺及其附近海底進行調(diào)查，先后發(fā)現(xiàn)了不少地熱丘。這些地熱丘大小不一，一般高10米，直徑25米左右。每個地熱丘都有一個地下熱水的噴出點。有些科學家認為，地熱丘就是這些海底噴泉的凝析物形成的。海底熱噴泉的溫度可能達到300℃。

1978年春天，“格洛瑪·挑戰(zhàn)者”號在馬里亞納海溝西側(cè)的海底進行鉆探，從采集到的海底沉積物巖芯中所發(fā)現(xiàn)的礦物分析，是由200～300℃的高溫熱水形成的，這結(jié)果與加拉帕戈斯海嶺上的地熱丘形成情況相符。

1979年4月，“阿爾文”號來到東太平洋海嶺。它按照常規(guī)下潛，也按照常規(guī)在海下調(diào)查。在水下探照燈的光柱下，海水晶瑩碧透，各種趨光性的生物圍聚在“阿爾文”號的四周。突然，“阿爾文”號里的科學家羅伯特·巴拉德聽到一陣海水攪動的聲音，他往觀察窗外一看，大吃一驚，一股熾熱混濁的黑色流體從洋底的巖石間噴涌而出。

“阿爾文”號立即對這“黑煙囪”進行考察。發(fā)現(xiàn)涌出的流體其實是滾燙的富含礦物質(zhì)的水，四周的海水異常溫暖。尤其使人驚異的是，在高溫熱水噴出口的附近，生活著一個由多種奇特生物組成的生物群，最引人注目的是一大叢密集在一起的管狀蠕蟲，有的長達4～5米，在水中不停地擺動。此外，還可以看到紅色的蛤，沒有眼睛的蟹和狀似蒲公英的水母。顯然，這個生物種群所依賴的不是太陽熱，而是地熱。

在以后的一個月里，“阿爾文”號不斷地下潛到這一片深達2700米的海底進行考察?？茖W家們終于清楚地看到：海底聳立著幾個大“煙囪”，一股股“黑煙”或“白煙”不斷從“煙囪”里冒出來。海底“煙囪”與海底火山爆發(fā)不同，后者是來源于地球深處的地幔物質(zhì)硅酸鹽熔漿的噴發(fā)，而前者卻是過熱含礦水溶液的溢流。

▲海底礦床示意圖

“阿爾文”號這一年采集到的大量標本和樣品，使海洋地質(zhì)學家了解到許多海底的新現(xiàn)象。而“阿爾文”號建立這個新功付出的代價是微乎其微的：只是觀察窗的有機玻璃被高溫的海底“煙囪”水烘軟變形而已。

通過這次大西洋海底中脊調(diào)查，人類第一次發(fā)現(xiàn)了海底金屬熱液礦床，還在海底裂谷中看到了海底火山噴溢的情景。從海底裂縫中淌出滾燙的熔巖。一遇到冷海水便驟然凝固。這些凝固的熔巖，有的像蘑菇，有的像管鳳琴，有的像棉紗卷，也有的像擠出的牙膏，千姿百態(tài)，使參加探險的人們大開了眼界，也使人類增進了對海洋的了解。

噴“金”吐“銀”的“黑煙囪”

▲海底的“黑煙囪”

“熱液硫化物”主要出現(xiàn)在2000米水深的大洋中脊和斷裂活動帶上，是一種含有銅、鋅、鉛、金、銀等多種元素的重要礦產(chǎn)資源。對于它的生成，海洋科學家們經(jīng)過實地考察后認為：“熱液硫化物”是海水侵入海底裂縫，受地殼深處熱源加熱，溶解地殼內(nèi)的多種金屬化合物，再從洋底噴出的煙霧狀的噴發(fā)物冷凝而成的。被形象地稱為：“黑煙囪”。它們的直徑從數(shù)厘米到兩米，高度從數(shù)厘米到50米不等。位于海底的“黑煙囪”堆積群及其堆積物有點像教堂或廟宇建筑的復雜尖頂，規(guī)模較大的堆積物可以達到體育館體積大小的百萬噸以上。

專家們認為，海底“黑煙囪”的形成過程很復雜，它與礦液和海水成分、溫度間存在的差異有關(guān)。由于新生大洋地殼或海底裂谷地殼的溫度較高，海水沿裂隙向下滲透可達幾千米，在地殼深部加熱升溫后，淋濾并溶解巖石中的多種金屬元素，又沿著裂隙對流上升并噴發(fā)在海底。它們剛噴出時為澄清的溶液，與周圍的海水混合后，很快變成“黑煙”并在海底及其淺部通道內(nèi)堆積成硫化物。

熱水生物

目前，科學家已經(jīng)在各大洋的150多處地方發(fā)現(xiàn)了“黑煙囪”區(qū)，它們主要集中于新生大洋的地殼上，如大洋中脊和弧后盆地擴張中心的位置。2003年“大洋一號”開展了我國首次專門的海底熱液硫化物調(diào)查，拉開了進軍大洋海底多金屬硫化物領(lǐng)域的序幕。經(jīng)過長期不懈的“追蹤”，終于發(fā)現(xiàn)了完整的古海底“黑煙囪”；它們的地質(zhì)年齡初步判斷為14.3億“歲”。此前，這不僅進一步了解了大洋深處海底熱液多金屬硫化物的分布情況和資源狀況，也為地球科學從理論上有一個新的質(zhì)的飛躍做了鋪墊。

在這些熾熱的“黑煙囪”的周圍活躍著一個嶄新的生物群落——熱水生物，比如長達三米而無消化器官，全靠硫細菌提供營養(yǎng)的蠕蟲，加上特殊的瓣鰓類、螃蟹之類，說明地球上不僅有人們所習慣的、在常溫和有光的環(huán)境下通過光合作用生產(chǎn)有機質(zhì)“有光食物鏈”，還存在著依靠地球內(nèi)源能量即地熱支持，在深海黑暗和高溫高壓的環(huán)境下，通過化合作用生產(chǎn)有機質(zhì)的“黑暗食物鏈”。從而構(gòu)成了繁榮的深海生物圈。換言之，因為處在海洋深處，陽光無法照射到那里，它們不能依靠光合作用來合成生命物質(zhì)，只能通過自身的化學反應來合成生命物質(zhì)而生存。

在這里，海水的水溫高達350℃，生物生活在既無氧也無光的高溫高壓環(huán)境下，并依靠氧化大量有毒有害的硫化物獲得生命的能量。

▲海底的生物

這種生存環(huán)境，很類似地球早期環(huán)境的極端高溫環(huán)境：熱泉水溫高達350℃，周圍水溫為2℃、水深兩三千米，缺氧，遍布還原性的有毒氣體和金屬離子。

一些生物基因組的研究也發(fā)現(xiàn)，這些生物非常原始，接近所有生命的共同祖先?？茖W家們?yōu)榇颂岢?，生命莫非就是起源于這些“黑煙囪”的周圍？

另外，海底“黑煙囪”周圍生物的多樣性和生物密度也可與熱帶雨林相媲美，目前新發(fā)現(xiàn)的生物種類已經(jīng)達到了10個門類，500多個種屬。這個發(fā)現(xiàn)也同樣令人們興奮。

同時科學家們已對生存在深海高溫下的細菌進行開發(fā)、利用，著手提取新型的生物酶，進行新醫(yī)藥和洗滌劑的實驗。

前景無限的“海底圖畫”

▲海底火山地貌

與此相比，現(xiàn)在人類開采的石油、煤、鐵等礦產(chǎn)，則經(jīng)歷了更長的歷史，大多要若干萬年才能成礦。而“黑煙囪”通過化學作用來造礦，就大大地縮短了成礦的時間。而且這種礦，基本沒有土、石等雜質(zhì)，都是些含量很高的多種金屬的化合物，稍加分解處理，就可以利用。

科學家為我們描述了這樣一幅非常生動形象的“海底圖畫”：全球大洋底長達4萬千米的大洋中脊首尾相接，其上不斷有濃密的黑煙（熱液）噴發(fā)，形成了無數(shù)的金屬硫化物“黑煙囪”。然后它們又不斷地生長坍塌，形成了海底礦床：在海底火山口處有鈷結(jié)殼，廣袤的海底盆地也大量地分布著許多金屬結(jié)核。

現(xiàn)代海底“黑煙囪”及其硫化物礦產(chǎn)的發(fā)現(xiàn)，是全球海洋地質(zhì)調(diào)查近10年中取得的最重要的科學成就之一。近些年來，海底熱液活動及其多金屬硫化物、生物資源之所以為國際社會常年關(guān)注，成為國際科學前沿的課題，主要是基于其科學意義和資源潛力。人類經(jīng)過20多年不懈的調(diào)查研究，對大洋底多金屬硫化物的了解還只是初步的。兩組數(shù)據(jù)可以說明這一點，一是60000千米長的洋中脊，人類只對其中的5%有相應的了解；二是截止目前為止，人類在全球發(fā)現(xiàn)的海底熱液硫化物分布區(qū)不超過200處。很顯然，許多海域還有待于人類更深入的工作。