| 远古海底世界的模板（二） |
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海底黑烟囱的形成
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，极少数位于浅海和湖泊中。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，目前还在南极的冰海之下发现了黑烟囱。另外，相对于洋中脊，广大的深海盆地尚是海底黑烟囱研究的巨大空白。近期在大西洋洋底新发现了一些热液丘体及其烟囱构造，距离大西洋中脊轴部15公里。它们主要由方解石、文石及水镁石组成，丘体高10～30米，顶部出现树枝状的烟囱，最高达60米，研究表明它们与较低温（40℃～75℃）的热液喷口有关。
在黑烟囱的形成过程中，首先是烟囱外壁的形成，高温热液与海水混合后，硫酸盐或硫化物快速沉淀形成烟囱外壁，喷发的黑烟物质也主要在喷口附近沉积。随着烟囱外壁及丘体的不断生长，热液开始与海水分隔，两者的物理化学交换逐渐减弱，热液在相对封闭条件下活动，烟囱内壁开始形成，出现了一些结晶温度较高的硫化物晶体（如黄铁矿、闪锌矿等）。通道内热液持续活动，发生重结晶或矿物生长，形成一些结晶程度较好的黄铜矿和磁黄铁矿。烟囱内的热液还可能发生多期活动及温度变化，随后由于热液供给的逐渐减少，通道内结晶或充填一些较低温矿物（如硅质、碳酸盐、重晶石等）。当通道被充填或阻塞时，热液流体可能改变方向，而沿其他裂隙喷出或爆破形成新的通道。当热液活动停止，烟囱在海水和重力的作用下将发生垮塌，堆积形成丘体，并在丘体内持续沉淀结晶硫化物，而表面发生渗流作用。
黑烟囱的形成一般解释为海水及相关金属元素在洋壳内的水－热循环。由于新生洋壳温度较高，海水沿新生洋壳中的裂隙向下渗透可达几公里，在地壳深部岩浆房附近加热升温后，其中溶解了硫和多种金属元素（如铜、锌、铁、金等），又沿着其他裂隙对流上升并喷发到海底。黑烟囱的形成要求具备多种条件。首先是合适的构造环境，要求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，以保存硫化物堆积。其次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。最后，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。新生洋壳或裂谷环境均为有利于成矿的构造环境。
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。黑烟囱的成矿速度非常快，只要几年的时间，就可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，这对于传统地质学来说，也是一个巨大的冲击。
目前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，这些“喷金吐银”的海底黑烟囱更是成为关注的焦点。 |
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