海底黑煙囪的發現及其研究是全球海洋地質調查近十年取得的最重要的科學成就。
現代海底黑煙囪的研究始於1978年，當時，美國的阿爾文（Alrin）號載人潛艇在東太平洋洋中脊的軸部採得由黃鐵礦、閃鋅礦和黃銅礦組成的硫化物。1979年又在同一地點約2610～1650米的海底熔岩上，發現了數十個冒著黑色和白色煙霧的煙囪，約350℃的含礦熱液從直徑約15厘米的煙囪中噴出，與周圍海水混合後，很快產生沉澱變為「黑煙」，沉澱物主要由磁黃鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦和銅－鐵硫化物組成。這些海底硫化物堆積形成直立的柱狀圓丘，稱為「黑煙囪」。
海底黑煙
囪的形成主要與海水及相關金屬元素在大洋地殼內熱循環有關。由於新生的大洋地殼溫度較高，海水沿裂隙向下滲透可達幾公里，在地殼深部加熱升溫，溶解了周圍岩石中多種金屬元素後，又沿著裂隙對流上升並噴發在海底。由於礦液與海水成分及溫度的差異，形成濃密的黑煙，冷卻後在海底及其淺部通道內堆積了硫化物的顆粒，形成金、銅、鋅、鉛、汞、錳、銀等多種具有重要經濟價值的金屬礦產。目前，世界各大洋的地質調查都發現了黑煙囪的存在，並主要集中於新生的大洋地殼上。
研究生命起源和大洋演化的指路燈
黑煙囪與含礦液體的運移通道共同組成了金屬硫化物的成礦環境，並可以在地層中保留下來，成為研究當時古大洋環境的重要樣本。
同時，大量的海底調查研究發現，在海底黑煙囪周圍廣泛存在著古細菌，這些古細菌極端嗜熱，可以生存於350℃的高溫熱水及2000－3000米的深水環境中，為古老生命的孑遺。黑煙囪噴出的礦液溫度可高達350℃，並含有CH4、CN等有機分子，為非生物有機合成，如此環境可以滿足各類化學反應，有利於原始生命的生存。科學研究表明只有地球早期的環境才與此類似，科學家們為此提出了原始生命起源於海底黑煙囪周圍的理論，認為地球早期水熱環境和嗜熱微生物可能非常普遍，地球早期的生命可能就是嗜熱微生物。
世界各地在對不同時代古大洋地質記錄（蛇綠巖）進行廣泛的調查時，先後在日本、德國、美國、加拿大等地找到了古海底黑煙囪的殘片及相關塊狀硫化物。但是，大多數硫化物的時代很少大於6億年，老於25億年古海底黑煙囪記錄還不多見，儘管在加拿大和澳大利亞發現了26億－27億年前的金屬硫化物礦產，但尚無海底黑煙囪殘片的報道。為此尋找古老的黑煙囪殘片具有重要的科學價值。
海底黑煙囪成因探
20世紀70年代以來，工業化生產一直保持迅猛發展勢頭，能源消耗連年遞增，發達國家高聳入雲的大煙囪日以繼夜地噴湧著濃重的煙塵。對陸地有限的自然資源連續多年大規模機械化採掘和源源不斷地燃燒已使其貯量日趨枯竭。為此，世界各國紛紛將人類未來資源的希望傾注於海洋，並開始了海底探礦尋寶的熱潮。
自1977年10月美國伍茲霍爾海洋研究所所屬深海潛艇「阿爾文」號在加拉帕戈斯群島海域率先發現海底熱泉生態區以來，海洋學家又先後在墨西哥西部沿海以北的北緯10°海底和北緯21°的胡安?德富卡海隆下勘察到大規模熱泉區並分別進行過數次綜合考察。胡安?德富卡海底熱泉區中擁有多處噴湧升騰礦物質的黑煙囪。這些奇異的自然景觀引起了科學家極大的興趣和關注，他們近期的科學考察又獲得新的收穫和重要的發現。
距西雅圖以西300英里處太平洋海下，胡安?德富卡板塊不斷與太平洋板塊碰撞，因此造成沿胡安?德富卡海隆海底地層出現坼裂和擴張，地球內部源源不絕噴湧而出的熔岩冷卻固著成新的海底地殼並將古老的海床置於其下並取而代之。海水在地心引力作用下傾瀉深入地裂中，同時形成海底環流將熔岩中大量的熱能和礦物質攜帶和釋放出來。當熾熱的海水再度噴射到裂縫上冰冷的海水中，其中的礦物質被溶解並形成一縷縷漆黑的煙霧。礦物質遇冷收縮最終沉積成煙囪狀堆積物，地裂中熱液順煙道噴湧而出形成景致奇異、妙趣橫生的海底熱泉。
加利福尼亞州蒙特雷水族生物研究所海洋地質學家德布拉?斯特克斯確悉，海底黑煙囪的構築絕非僅僅是地質構造活動的結果。其中神奇莫測的熱泉生物建築師的艱辛勞作也功不可沒，不容忽視在熱泉口周圍擁聚生息著種類繁多的蠕蟲，其中管足蠕蟲可長到18英吋，它們獨具特色的生存行為特別引人注目。斯特克斯和助手特裡?庫克發現這些底棲生物在營造煙囪中起著至關重要的作用。?
為查明黑煙囪礦物成分，斯特克斯從3座黑煙囪內採集了18英吋長的巖心，經潛心研究後才揭示了其中奧秘。他們發現巖心上佈滿了含有硫酸鋇亦稱重晶石的凹陷管狀深孔，研究人員確認這些管狀孔穴系蠕蟲長期生存行為的結果。鑒於熱泉口旁蠕蟲遍佈，因此尚難斷定究竟哪些蠕蟲擅長打洞築巢。
從管洞外形來看極有可能是活躍喜遷居的管足蠕蟲長期挖掘作業的產物。解剖分析表明，管足蠕蟲內臟中的細菌可從熱液所含亞硫酸氫鹽中獲取氫原子維持生命，細菌還可把海水中的氫、氧和碳有機地轉化生成碳水化合物，為蠕蟲提供生存所需的食物。這種化學反應的結果遺留下硫元素，蠕蟲排泄的硫又促使海水中的鋇和硫酸發生催化反應。常此以往蠕蟲死後便在熔岩中遺留下管狀重晶石穴坑。 
斯特克斯推測一座座海底煙囪演化生成過程可能在蠕蟲聚集熱泉口周圍就早已開始了，胡安?德富卡海隆下蠕蟲建築師精心創造的自然奇觀令人歎為觀止。它們開鑿的洞穴息息相通猶如礁巖迷宮，從而使熱液將礦物質源源不斷地輸送上來並堆集煙道。當黑煙囪在熱泉周圍落成後，熔岩上深邃的管狀洞口穴就成為礦物熱液外流的通道從而形成海底黑煙熱泉奇觀，直到通道自身被礦物結晶體堵塞才告停息。從多處海底熱泉採樣分析來看，礦產資源豐饒種類繁多品位極高。據悉美國科學家正加緊研製大型深海考察潛艇並準備對深海熱泉進行全面研究，同時向國際社會發出呼籲：要求設立深海熱泉自然保護區。
我國發現古海底「黑煙囪」 可能和生命起源有關
中外科學家將合作探索地球早期生命起源
據新華社北京2月23日電(記者王文韜李斌)我國科學家經過長期不懈的野外「追蹤」，終於在世界上首次發現完整的古海底「黑煙囪」，這些億萬年前生長在海底的「黑煙囪」不僅能噴「金」吐「銀」、形成海底礦藏，而且很可能和生命起源有關。
這一成果以封面文章的方式近日刊登在《岩石學報》上。這一雜誌是惟一入選美國《科學論文索引》(SCI)期刊源的中文地質學刊物。
現代海底黑煙囪及其硫化物礦產的發現，是全球海洋地質調查近10年中取得的最重要的科學成就之一，因其和海底成礦、生命起源等重大問題有關而成為國際科學前沿。但因現代「黑煙囪」分佈在海底，僅有美、德、法、加、日等少數國家有能力開展研究。科學家於是將目光投向了陸地上的「黑煙囪」化石，但迄今僅在俄羅斯、愛爾蘭發現3億至4億年前的「黑煙囪」殘片。
繼兩年前發現古老大洋地殼殘片後，去年，北京大學李江海課題小組首先在山西五台山地區發現了古海底「黑煙囪」殘片，當年10月又在河北興隆發現了保存完整的古老「黑煙囪」，初步判斷其地質年齡約有14.3億「歲」。
在李江海教授的辦公室，記者看到上百塊「黑煙囪」硫化物的礦石標本，其切割面閃爍著金屬般的光澤。一塊高20厘米、寬10厘米的礦石內，竟保存了6個完整的圓錐狀「黑煙囪」和多個「黑煙囪」倒塌而成的殘片。
專家描述道：14億多年前，華北地區仍是一片汪洋大海，河北興隆一帶正處於大陸裂谷最深的海底上。在海水循環加熱後，這些兩到三厘米高的「黑煙囪」成為黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦等地殼內部礦物質噴湧而出的通道，「黑煙囪」周圍聚集了蓬勃的微生物群落。
「顯微鏡下，可見從通道中央向外壁有四五個礦物層，煙囪頂部多被數毫米厚黃鐵礦充填，表明『煙囪』被埋藏時已經熄滅。隨著地殼運動造成的海陸變遷，這些『黑煙囪』輾轉出現在今天的華北古大陸上。」李江海說，通過對比上百個現代海底「黑煙囪」資料和初步的礦物成分鑒定，課題組確定這些礦石就是古海底「黑煙囪」。
目前，課題組正和英、美等國科學家合作，圍繞「黑煙囪」開展微生物化石研究，探索極端條件下的生命活動，以進一步探索地球早期生命起源。
-新聞資料
海底「黑煙囪」：20世紀海洋科學最重大發現之一
科學家1979年在數千米深的海底首次發現了「黑煙囪」，隨後又發現在「黑煙囪」附近生活著大量熱水生物。這已成為20世紀海洋科學領域最重大發現之一。
1979年，繼前一年採集到硫化物後，美國的「阿爾文」號載人深潛器在2610米至1650米的東太平洋海底熔岩上，發現數十個冒著黑色和白色煙霧的「煙囪」，附近出現大規模的硫化物堆積丘體。從直徑約15厘米的「煙囪」中，約350攝氏度的含礦熱液以每秒幾米的速度噴出。礦液剛噴出時為澄清溶液，與周圍海水混合後，很快產生沉澱變為「黑煙」，沉澱物主要由磁黃鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦及其他銅鐵硫化物組成。這些海底硫化物堆積形成直立的柱體及圓丘，被形象地稱為「黑煙囪」。
科學家隨後在各大洋發現了許多「黑煙囪」，它們主要集中於新生大洋地殼上，如洋中脊和弧後盆地擴張中心的位置上。
「黑煙囪」是如何形成的呢？專家指出，由於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公里，在地殼深部加熱升溫後，淋濾並溶解岩石中多種金屬元素後，又沿著裂隙對流上升並噴發在海底。由於礦液與海水成分、溫度的差異，形成濃密的黑煙，海底及其淺部通道內則堆積這些硫化物的顆粒沉積。它們在海底形成具有重要經濟價值的多金屬(鐵、銅、鋅、鉛、汞、鋇、錳、銀等)礦產，成為新世紀人類潛在的礦產資源。有意思的是，科學家還在一些「黑煙囪」上發現了原生的自然金顆粒和天然水銀。
大量海底調查發現，「黑煙囪」周圍廣泛存在古細菌，它們極端嗜熱，可直接生存於80—120攝氏度的環境中。這種細菌最初發現於美國黃石公園的高溫熱泉中。它們在現在海底生存的環境，類似地球早期環境的極端高溫環境中。
基因組測序發現，這些「黑煙囪」周圍的古細菌非常原始，處於生命樹源頭的位置上。科學家因此提出原始生命起源於海底「黑煙囪」周圍的理論，認為地球早期的生命可能就是嗜熱微生物。正因為如此，尋找古老的海底「黑煙囪」，將可能為生命演化提供重要的科學證據。
陳宗鏞 「潮汐學」 科學出版社，北京，1980年。) 
這個冬天為何這麼冷？ | |||
| 2010年01月17日 08:29:55 | |||
 | |||
| |||
1月10日，人們在比利時首都布魯塞爾的一座公園的雪地上玩耍。歐洲西部和中部大部分地區連日來遭受大雪襲擊，交通運輸受到嚴重影響。新華社記者武巍攝 今冬為何如此嚴寒？世界氣象組織副秘書長顏宏分析說，這很大程度上是由於北大西洋濤動出現了異常，大氣環流的徑向度變大，南北氣流比以前活躍，將南方水汽帶到北方，同時北方強冷空氣向南，南北冷暖空氣的交匯頻繁。極端低溫天氣與大氣和海洋系統失去平衡有很大關係。 顏宏表示，對於目前北半球出現的嚴寒天氣，他並不感到奇怪。他說，嚴寒天氣首先在歐洲出現，然後向中歐、東歐、亞洲擴展，這符合氣象系統的移動規律。 中國氣象局的氣象專家于飛進一步解釋說，今年冬天的突然變冷就是因為厄爾尼諾的反常，北半球冬季受陸地冷高壓控制，往年海洋低壓在180度經線附近，造成海溫正距平，這是正常的厄爾尼諾現象。今年這個海洋上的低壓更靠近西太平洋，大約比往年偏了30度，強盛的低壓就會帶來強天氣系統。 他告訴本報記者說：「現在氣象學界認為這是偶然現象，大家普遍認為這個低壓在1月下旬會恢復。到時候就又是正常的厄爾尼諾現象，北方還是暖冬。」 他最後說，從氣候的角度講這次寒冷天氣是偶然的，跟電影《2012》的故事情節更是沒有關係。況且如果地球已經進入冰期或者亞冰期的話，就不會只有北半球在降溫，而南半球卻正經歷酷熱了。 |
