想必大家都讀過法國作家儒勒·凡爾納寫的《海底兩萬里》。筆者曾無數次幻想自己是鸚鵡螺號上的一員,隨著船長周游神秘的海底世界,一起經歷各種驚險奇遇。關于海底的初印象就是在那時候逐漸建立起來的。長大接觸到地球科學以后,才對大洋洋底有了更科學、更進一步對認識。今天,筆者就將和大家一起探秘大洋洋底最具有活力的地質景觀之一 —— 黑煙囪。

圖1:洋底黑煙囪

在傳統認知中,太陽能是萬物生長的能量來源,離開了太陽生物將無法生存。所以在電影《流浪地球》中,當太陽壽終要變成紅矮星的時,為了人類能夠繼續繁衍,地球要離開太陽系,尋找另一個“太陽”。

但是,在幾千米深處的大洋海底,有一片被稱為海底熱液區的地方,這里無光、無氧、高壓,卻生活著許多生物。這片海域看起來像是一個魔幻的世界,不斷地有滾滾黑煙從洋底噴出進入到海水中。這些噴出口就是大名鼎鼎的的“黑煙囪”。

圖2:黑煙囪附近的生物

圖3:蛟龍號機械手采集附著在煙囪體上的海葵

“黑煙囪”是指海底富含硫化物的高溫熱液活動區。看到的黑煙實則不是煙,而是從洋底噴出的熱液。這些從黑煙囪中噴出的熱液溫度可達300-400°C,匯入洋底溫度為2-4°C的海水中

圖4:機械臂在黑煙囪附近取樣

如何產生的

形成黑煙囪的根本原因是大洋地殼板塊張裂。冰冷的海水沿裂隙向下滲透可達幾公里,在洋殼深部加熱升溫。當海水溫度達到400°C左右時,就會與周圍的巖石發生水巖反應。水巖反應使得海水溶解了周圍巖石中多種金屬元素,成分發生了巨大的變化,此時的液體被稱為熱液。熱液隨后又沿著裂隙對流上升,最終噴出洋殼頂部重新注入海水。由于噴出時環境溫度的驟降,導致大量包含金、銅、鋅、鉛、汞、錳、銀等各種金屬硫化物的析出,形成了所謂的“黑煙”。如果析出的主要是二氧化硅、石膏等物質,就會形成“白煙”。析出物沉積在噴出口附近,日積月累下來就形成了像煙囪般的噴口。

圖5:黑煙囪形成過程示意圖

黑煙囪的意義

洋底黑煙囪對巖石圈向地球大洋輸送熱量和地球化學通量,對地球環境的形成具有很大的貢獻。

黑煙囪四周有種類和數量都十分豐富的海洋生物,有一套獨立的生態系統。它們位于大洋深處,依賴于黑煙囪所攜帶的熱能和豐富的硫化物為它們的生命活動提供能量來源。這些生物耐高溫、耐高壓,具有很高的科研價值和應用價值。

黑煙囪附近生物的生存環境,與太古代生命起源時期類似。太古代時期沒有綠色植物,沒有光合作用產生的大量氧氣。有科學家推測地球生命的最初起源很可能就是從黑煙囪開始的。因此對黑煙囪及周圍生物的研究還有助于我們揭開生命起源的秘密。

除此之外,黑煙囪周圍析出的金屬硫化物包含金、銅、鋅、鉛、汞、錳、銀等各種金屬元素,是非常豐富的金屬礦產,具有極高的經濟價值。

參考資料及圖片來源:

1、Damm V , L K . Seafloor Hydrothermal Activity: Black Smoker Chemistry and Chimneys[J]. Annu.rev.earth Planet.sci, 1990, 18(1):173-204.

2、胡經國,《漫話地球大洋海底黑煙囪》

5、圖3來源:

7、圖5來源:

撰稿:蘇雪

美編:李瑩

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