基本介紹
- 中文名：黑煙囪
- 外文名：Black smokers
- 釋義：海底富含硫化物的高溫熱液活動區
- 成因：含礦熱液噴出，與周圍海水混合
- 含有礦物：金、銅、鋅、鉛等
- 研究始於：1978年
- 最先研究國家：美國
簡介,成因,生物,礦產,科考,
簡介
噴溢海底熱泉的出口往往能夠形成黑煙囪。由於物理和化學條件的改變，含有多種金屬元素的礦物在海底沉澱下來，尤其是噴溢口的周圍連續沉澱，不斷加高，形成了一種煙囪狀的地貌。煙囪高低粗細各不相同，高的可以達到一百多米，矮的也有幾米到幾十米。煙囪的直徑因噴溢口的大小而不同，小煙囪的口一般只有幾十厘米，大煙囪的口可以達到幾米。噴發劇烈的噴溢口四周的沉積物也多，往往形成了小丘，高度有的高達100多米。其實，在海水衝擊的作用下，煙囪的高度很難無限升高。尤其那些長年不活動的噴溢口，煙囪往往經不住海水的衝擊而垮塌。
成因
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。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。
黑煙囪
黑煙囪生物
黑煙囪四周有種類和數量都十分豐富的海洋生物。一般深海的溫度只有0℃，而海底熱泉活動頻繁的黑煙囪附近水溫卻高達350℃到400℃。據推算，水深每增加10米，水壓就會增大1個大氣壓，好比在水深4000米的海底，一個成年人身上要承受上百噸的壓力。在這樣惡劣的環境下，怎么可能還有生物呢？為了解開這個謎，科學家們進行了艱苦卓絕的探索。1980年，日本科學家乘坐考察船在太平洋加拉帕戈斯群島附近考察，在一個海淵裡90℃的熱水中，發現了僵死的細菌。科學家們繼續下潛探察細菌的來源，在2650米深處，發現了活動力極強的細菌。而這裡的水溫為250℃，水壓為2700萬帕斯卡。原來，那些90℃的熱水中發現的僵死細菌，是被熱水推到水深較淺的水域"凍死"的或者是忍受不了內部的壓力"爆炸"而死的。
礦產
現代海底的黑煙囪的研究始於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℃的含礦熱液從煙囪中噴出，與周圍海水混合後，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”。
科考
1977年，美國“阿爾文號”深潛器潛到了加拉巴戈斯群島深海，在那裡測得深層海水高達8攝氏度，同時海底出現白色的巨型蛤類。這種反常的現象引起專家們的關注，到了1979年，“阿爾文號”又重新來到這裡，並且還帶了很多生物學家一同前往。正是這次的研究，揭開了“深海熱液生物群”的神秘面紗。
黑煙囪
黑煙囪科學家們發現，海底熱液帶出大量硫化物，遇水冷卻後形成巨大的“黑煙囪”，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。
2009年10月中國自主研製的水下機器人“海龍2號”在東太平洋海隆海底發現罕見巨大“黑煙囪”並成功取樣，中國“大洋一號”科考船於10月23日使用“海龍2號”太平洋赤道附近洋中脊擴張中心，找到高26米、直徑約4.5米的巨大“黑煙囪”，並獲約7公斤“黑煙囪”噴口的硫化物樣品。
自1977年後30年裡，科學家在世界各地的大洋海底相繼發現海底熱液和“黑煙囪”，包括台灣東北角的龜山島。並在“黑煙囪”旁發現很多生物，形成與人們常識迥異的生物群和食物鏈。最具有代表性的生物是3米長的管狀蠕蟲，這類蠕蟲沒有口腔和肛門，靠體內的硫細菌供給營養。個體大有利於一次性大量取食，也有利於迅速運動到達食物源，能夠忍耐長期飢餓。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。
黑煙囪
黑煙囪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。
黑煙囪