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海底黑烟囱冒出的黑色液体被称为深海热液。
深海热液又称为“黑烟囱”,主要是海底深处喷出的高温流体遇到海水时混合形成的“黑烟”,这些黑烟富含硫化物颗粒,流体成分主要是甲烷、二氧化碳和硫化氢,温度可以高达400摄氏度。
这些亿万年前生长在海底的“黑烟囱”不仅能喷“金”吐“银”、形成海底矿藏,具有良好的开发远景。而且很可能和生命起源有关,并具有巨大的生物医药价值。
深海热液喷口的发现过程
1979年阿尔文号在东太平洋洋中脊深度约2610-1650 m的海底熔岩上首次发现数十个冒着黑色和白色烟雾的烟囱,以及附近的铜、铁、锌硫化物堆积形成的丘体,并观察到约200-400℃的含矿热液从直径约15 cm的烟囱中以每秒几米的速度喷出。
后来在其他大洋(大西洋、印度洋、北冰洋、红海)、西太平洋弧后盆地也发现了许多黑烟囱及其热液硫化物,其中以东太平洋洋隆和大西洋洋脊的黑烟囱研究程度最高,并开展了浅部钻探。近期又在深水湖泊(东非裂谷、贝加尔)或海湾(新西兰、希腊)底部也发现黑烟囱及其金属硫化物。
2013年,英国科学家在加勒比海的开曼海沟,深达5000m的海底一个未曾探测过的区域,发现了一系列热液喷口。是发现的最深的海底热液喷口。
海底为什么有浓烟的情况出现
“黑烟囱”是耸立在海底的硫化堆积物,呈上细下粗的圆筒状,因形似烟囱状,所以被科学家形象地称为“黑烟囱”。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千米,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上。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工作,拉开了进军大洋海底多金属硫化物领域的序幕。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”。此前,这不仅进一步了解了大洋深处海底热液多金属硫化物的分布情况和资源状况,也为地球科学从理论上有一个新的质的飞跃做了铺垫。
海底的黑烟冒出的不是烟而是黑色液体被称为
大海深处有一群“黑烟囱”
这样的“烟囱”被称为深海热液喷口,它们是深藏海底的热泉,近似于陆地上的天然温泉。当海水沿海底裂隙向下渗流,受岩浆热源的加热,再集中向上流动并喷发,就形成了“烟囱”一样的深海热液喷口。
就像人类工厂的烟囱一样,海底的“烟囱”也会冒出不同颜色的“烟”。根据海底热液温度及喷出的矿物成分的不同,一般将海底热液烟囱划分为黑烟囱、白烟囱和低温喷口。
东太平洋发现的黑烟囱,马里亚纳海海沟西北部Eifuku 火山附近的白烟囱
海底“黑烟囱”,通常位于大洋中脊这样热液活动的区域,在300-400℃海水温度下形成。在地形上表现为柱状圆丘,喷出的黑烟富含高浓度的硫化物。
1979年,科学家在加拉帕戈斯群岛(就是促使达尔文获得生命进化论灵感的那个地方!)首次发现了海底“黑烟囱”。当时,美国的阿尔文号(Alvin)载人深潜器正在该岛附近深度约1 650—2 610m的海底进行探测,突然发现数十个冒着黑色和白色烟雾的液流喷涌而出,蔚为壮观。在此之后,科学家们在大西洋、印度洋、北冰洋 、红海等大洋也发现了许多黑烟囱及其热液硫化物。
科学家发现,黑烟囱形成后,可以在海底存在几千年至几万年。随着热液活动的减弱和停止,海底黑烟囱也将逐渐发生溶解和坍塌,甚至完全消失。许多古老的“黑烟囱”分布有限、标志不明显,因而十分难被发现,至今在深海发现的古热液区数量也及其有限。
2018年5月我国科学家有幸在南海两座海山上各发现一处古热液区,分别命名为“南溟”热液区和“楼兰”热液区
黑烟囱虽说其貌不扬,却却能够喷“金”吐“银”。黑烟囱在海底喷口附近沉淀黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿、方铅矿等多种硫化物。这些硫化物含有金、银、铜、铅等金属元素,并和石膏、重晶石与沸石类矿物伴生,能够形成极具经济价值的矿产资源。
科学家已在海底发现许多百万吨以上规模的金属硫化物。如东太平洋加拉帕戈斯群岛发现的一个黑烟囱丘体,矿床长1000米,宽200米,高35米,其中35%的质量为铁,10%为铜,0.1%为锌,并含有银、锗等,总储量约为2500万吨,可谓价值连城。
近些年,一些发达国家开始探究一种从海底人工热水喷口收集矿物资源的方法,被称为“黑矿养殖计划”。比起传统的海底探矿与开采,黑矿养殖可谓海底的开心农场,如同种植农作物一般,他们选择养分丰富的地方(金属离子的浓度高的区域),利用人工钻孔给予发芽(矿物长晶)的机会,接着放置成矿培养平台,给予适当的环境生长(海水降温沉积),使其持续沉积矿物,最后达到一定量后将其“收成”。利用这些人工烟囱的矿物学特性可以选择性沉淀和提取相应的元素。这为在低勘探成本和低环境负担下获得海底矿产资源提供了新方向。
海底热液。
深海热液俗称“黑烟囱”,是大陆板块与海洋板块之间的火山口,有200多米高,形状与烟囱几乎一模一样,其附近的温度高达400℃。
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。
形成原因
海水从地壳裂隙渗入地下遭遇炽热的熔岩成为热液,将周围岩层中的金、银、铜、锌、铅等金属溶入其中后从地下喷出,被携带出来的金属经化学反应形成硫化物,这时再遇冰冷海水凝固沉积到附近的海底,最后不断堆积成“烟囱”。
在“烟囱”的周围,生活着许多耐高温、耐高压、不怕剧毒、无需氧气的生物群落。这些生物群落有助于科研人员研究极端环境下生物的生存进化方式以及生命起源问题全球分布情况。
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