小问号
海洋，地球资源的大宝藏，在陆地资源日益枯竭的今天，将越来越成为人类未来生产生活的依靠。正是有了这种“依靠”，人类与海洋的关系也变得越来越密切，从海洋中也引发了越来越多的问题和思考。自20世纪中期以来，大规模的海洋调查、深海探测等，使人类对海洋的研究无论从深度还是广度上，都有了长足的进步。现代海底“黑烟囱”及其硫化物矿产的发现，是全球海洋地质调查近10年中取得的最重要的科学成就之一，因其和海底成矿、生命起源等重大问题有关而成为国际科学前沿。那么，海底黑烟囱是怎样形成的？有哪些价值？这一串问号，像一朵朵巨大的浪花，在我们的眼前飞溅……
科学家已在全球各大洋洋底发现约150余处黑烟囱及其硫化物丘体，主要位于海底1000～4000米深处。现代的海底黑烟囱主要分布在大西洋、印度洋、红海以及日本海一些地区，在南极的冰海之下发现了黑烟囱。
人类对海底黑烟囱的研究始于1977年。当时，美国的阿尔文号载人深潜器上的地质学家在东太平洋洋中脊（北纬21°）地区发现了深海的生物世界，1978年又在洋中脊的轴部首次采得了由黄铁矿、闪锌矿和黄铜矿组成的硫化物。1979年又在同一地点约1650～2610米深的海底熔岩上，发现了数十个冒着黑色和白色烟雾的烟筒，以及附近由铜、铁、锌的硫化物堆积形成的丘体，大约200℃～400℃的含矿热液从直径约15厘米的烟囱中喷出，与周围的低温海水（约2℃）混合后，很快产生沉淀变为“黑烟”，“黑烟”主要由极小的灰色黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿颗粒组成。这些海底硫化物堆积形成直立的柱状圆丘，因此叫它“黑烟囱”。有趣的是，还有“白烟囱”，那是因为喷出的是极小的二氧化硅、氧化钡、黄铁矿等颗粒构筑的柱状圆丘。
科学家认为，黑烟囱的形成至少需要三个条件：一是要有合适的构造环境，大洋壳下具备岩浆侵入体热源或较高的地热梯度，洋底形成伸展洼地，能够保存硫化物堆积；二是烟囱构造的形成还要求热液沿一定的通道（断层或裂隙）集中地快速喷发，而不发生渗流；三是快速沉积埋藏或致密盖层可以保持流体聚集成矿，以及不被氧化破坏。如果三者缺一，就不会形成海底黑烟囱的奇观。
海底黑烟囱对人类有着巨大的经济诱惑。科学家发现，在海底喷口附近及热液通道浅部沉淀的这些硫化物颗粒，形成了许多具有重要经济价值的多金属（铁、铜、锌、铅、汞、钡、锰、银等）矿产，具有“喷金吐银”之美誉。黑烟囱的成矿速度非常快，只要几年的时间，就能形成上百万吨级的矿藏，完全打破了地质成矿需要数百万甚至上亿年的传统观念。对于传统地质学来说，简直是不可思议的。目前，人类已在海底发现了许多达百万吨级以上的金属硫化物堆积，如：东太平洋的加拉帕格斯黑烟囱丘体，其经济价值可达39亿美元，它们将成为人类21世纪重要的矿产资源之一。一些发达国家已开始了在西南太平洋深海黑烟囱矿产开发的勘察研究，同时科学家还在西南太平洋劳恩海盆中的黑烟囱上发现原生自然金颗粒，在新西兰海湾的热液喷口发现了天然水银等。这样，能够“喷金吐银”的海底黑烟囱当然会成为人们关注的焦点。
海底黑烟囱除了为人类提供丰富的海底矿产资源外，更引人注目的是其周围出现的丰富的生物资源。这些生物资源以其独特的生物多样性和极高的生存密度，成为未来宝贵的生物基因和医药资源，具有难以估价的生物学和医学价值，比“喷金吐银”对人类更有诱惑力、更有价值。长期以来，深海环境一直被认为是生命的禁区，这里水深数千米、压力大、阳光无法射到海底，生物缺乏食物来源，轻则闹饥荒，重的饿死，或者说根本无法存活。然而，在世界各地深海黑烟囱喷口周围，却都发现了密集的生物群落。在这些生态系统中新发现的生物种类已经达到10个门的500多个种属，它们有着独特的食物链，各种生物之间形成复杂的共生现象。其中，黑烟囱周围高温环境广泛存在古生菌最引人注目，被科学家们称为生命的第三界。古生菌极端嗜热，能够在高温（80℃～120℃）、高压（2000～3000米水深）、有毒（硫化氢）的环境中生存。科学家用基因组测序表明，它们是古老生命的孓遗，是靠近生命源头的共同祖先。这些科学发现极大地拓展了对生命现象的认识，科学家们为此提出了原始生命起源于海底黑烟囱周围的理论，认为地球早期水热环境和嗜热微生物可能非常普遍，地球早期的生命可能就是嗜热微生物。当然，这只是一种科学的假想，论证它，还需要进一步的研究并找到足够的证据。
海底黑烟囱的发现，不仅改变了人类对海洋矿物的认知，揭开了人类寻找海底矿物资源的新一页，而且通过观察黑烟囱周围的生物圈，极大地激发了人类对自身来源之谜的探究欲望，这些是无法用金银来估价的。
“小档案”
“黑烟囱”分布在海底，目前仅有美、德、法、加、日等少数国家有能力开展研究。于是，有的科学家把目光投向了陆地上的“黑烟囱”化石，世界各地在对不同时代古大洋地质记录（蛇绿岩）进行广泛的调查时，先后在日本、德国、美国、加拿大等地找到了古海底黑烟囱的残片及相关块状硫化物。但是，大多数硫化物的时代很少大于6亿年，老于25亿年古海底黑烟囱记录更是不见，尽管在加拿大和澳大利亚发现了26亿～27亿年前的金属硫化物矿产，但是还没有古海底黑烟囱残片的报道。2002年，我国北京大学地球与空间科学学院的研究组首先在山西五台山地区发现了古海底“黑烟囱”残片，当年10月又在河北兴隆发现了保存完整的古老“黑烟囱”，初步判断其地质年龄约有14.3亿岁。这种“年龄”黑烟囱完整化石的发现在人类还属首次，表明我国在这一领域的研究上已跻身国际先进行列。
