2003年2月23日,中国科学家经过长期不懈的野外“追踪”,终于在世界上首次发现完整的古海底“黑烟囱”,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,而且很可能和生命起源有关。  

　　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。但因现代“黑烟囱”分布在海底,仅有美、德、法、加、日等少数国家有能力开展研究。科学家于是将目光投向了陆地上的“黑烟囱”化石,但迄今仅在俄罗斯、爱尔兰发现3亿至4亿年前的“黑烟囱”残片。

　　继两年前发现古老大洋地壳残片后,2002年长期在野外奔波的北京大学李江海课题小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月终于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”。

　　专家描述道:14亿多年前,华北地区仍是一片汪洋大海,河北兴隆一带正处于大陆裂谷最深的海底上。在海水循环加热后,这些两到三厘米高的“黑烟囱”成为黄铁矿、闪锌矿、方铅矿等地壳内部矿物质喷涌而出的通道,“黑烟囱”周围聚集了蓬勃的微生物群落。

　　课题组正和英

、美等国科学家合作,围绕“黑烟囱”开展微生物化石研究,探索极端条件下的生命活动,以进一步探索地球早期生命起源。

    何为海底“黑烟囱”

　　1979年,美国的“阿尔文”号载人深潜器在2610米至1650米的东太平洋海底熔岩上,发现数十个冒着黑色和白色烟雾的“烟囱”,附近出现大规模的硫化物堆积丘体。从直径约15厘米的“烟囱”中,约350摄氏度的含矿热液以每秒几米的速度喷出。矿液刚喷出时为澄清溶液,与周围海水混合后,很快产生沉淀变为“黑烟”,沉淀物主要由磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿及其他铜铁硫化物组成。这些海底硫化物堆积形成直立的柱体及圆丘,被形象地称为“黑烟囱”。这已成为20世纪海洋科学领域最重大发现之一。

    古海底“黑烟囱”缘何引起关注顺藤摸“瓜”

　　2001年，在河北遵化发现25亿年前的古大洋岩石记录后，可能是生命起源地的硫化物“黑烟囱”逐渐进入北京大学地质系李江海教授的视野。这些“黑烟囱”位于大洋深处的中脊或裂谷地带，近20年来正逐渐成为海洋研究和地质科学的“显学”。

　　硫化物是“黑烟囱”可能存在的标志。最初，研究组在一种古大洋岩石——枕状熔岩中识别出了硫化物，但规模很小。多年的研究积累，使他们想起山西五台山地区保留着

25亿年前形成的大规模硫化物矿床。

　　2002年6月，研究组迅速开赴五台山，详细检查20余处硫化物矿点，终于在其中2个矿点发现了大量相关的矿石标本。经过分析测试矿石的成分、构造，这些矿石被确认为25亿年前的古海底“黑烟囱”残片。它们记录了不同深度古海底的矿液活动过程。

　　2002年8月，李江海和美国圣路易斯大学的库斯克教授、加拿大温莎大学的朴罗特教授共同对上述地点进行深入研究，两位国际同行完全同意李江海的观点，并展开国际合作。其后，李江海在国内一些专业会议上向同行专家通报了发现，引起热烈反响。许多学者表示，这是一个跨学科的研究领域，值得继续探索。

　　飞车惊魂

　　同行的认可给课题组增添了信心。然而，现有的古海底“黑烟囱”都是残片，亿万年里复杂的地质运动使人们迄今还未发现过完整的古海底“黑烟囱”。

　　科学家并不甘心。此时，另一个地点引起了他们的注意：河北东部的兴隆县也蕴藏着大规模的硫化物矿藏。课题组迅速制定野外工作计划，2002年11月，他们顶风冒雪深入矿山深处进行地质考察，采集了300多块硫化物矿石标本。

　　每天晚上，课题组成员都讨论到很晚，仔细对岩石标本编号和记录，进行详细的鉴定和描述。然而，

意想不到的事情发生了。有一天，在攀缘山路的途中，考察车手闸突然失灵。汽车在陡峭的山坡上飞也似地向后退。车内坐着两位课题组的成员！

　　正在车外观察路线的李江海和司机试图搬石头挡住汽车，然而已经来不及了。汽车从身边呼啸而过，直冲沟底，两旁行人四处逃散。只听一声巨响，汽车后盖撞在了3棵白杨树上，3个车轮悬空，另一个靠在一座小石桥上。

　　课题组动员附近30多位村民，折腾了一个下午才把汽车挪到路上。庆幸的是，人员没有大碍，然而野外考察只好暂告结束。

　　刀落“石”出

　　将矿石标本带回北大后，课题组迅速展开各种研究、测试，探究矿石的成分与构造。一块块矿石、一个个标本使科学家的注意力，最终“聚焦”在几块表面布满多个圆锥、圆柱型构造的矿石上。

　　这些矿石标本具备典型海底“黑烟囱”的形态，大小尺寸也与在俄罗斯、爱尔兰报道过的古海底“黑烟囱”标本相近。但是，矿石内部究竟蕴藏着怎样的奥秘？谁也无法打保票。

　　伴随着自动切割机的旋转，矿石被小心翼翼地切开。当清洗掉切面上的矿砂后，人们惊奇地发现：矿石内部保留了完美的矿液提升构造和矿物生长的晶体。抛光后的切面闪烁着金属般的光泽。

　　“这就是黑烟囱！

”矿石切片使一块在常人看来普普通通的矿石展露出了海底“黑烟囱”的本来面目。兴奋之余，李江海也不无感叹，原本完整的矿石已从不同角度切成了很多碎片。

　　随后，科学家用不同仪器对岩石标本进行各种测试，包括矿物成分、显微结构等等。实验常常进行到深夜，实验数据和图像连续刻了10多张光盘。

　　时犹未晚

　　早在20世纪70年代末，古海底“黑烟囱”发现之初，各国科学家就开始思考：既然大洋深处难以接近，而且成本高昂，那么能否在陆地上找到保留下来的古海底“黑烟囱”？

　　首先想到湖泊的国外科学家很快在贝加尔湖、肯尼亚东非裂谷湖泊中，发现湖底的“黑烟囱”和喷口周围的生物活动。许多地质学们则猜测，板块碰撞可将原先的大洋地壳挤压变形后保留在陆地上，原来在海底形成的硫化物矿床中应该保留“ 黑烟囱”。

　　于是，科学家们在世界各地的古大洋岩石、古海底地层中寻找硫化物“黑烟囱”。英国科学家首先在爱尔兰发现了4 亿多年前形成的“黑烟囱”残片。随后，英国人又和俄罗斯科学家一起在乌拉尔山脉发现许多3亿到4亿年前的硫化物“黑烟囱”构造。遗憾的是，这些“黑烟囱”并不完整。

　　华北大陆是我国最古老的大陆，这次发现的古海底硫化物

“黑烟囱”年龄达14.3亿“岁”，不仅时代最古老，而且其形态保存完整，对于研究矿产成因、探索生命活动均有重要科学价值。

　　李江海认为，在地球科学的发展史上，新技术也会不断得到应用，新发现会不断产生。“非常高兴，我们能找到完整的‘黑烟囱’，并在此基础上开展生命起源及海底流体活动的研究。尽管这一发现比发达国家晚了约20年，但我们还有机会。” 

　　这一成果以封面文章的方式刊登在近日出版的《岩石学报》上，这一杂志是惟一入选SCI(美国《科学论文索引》 )期刊源的中文地质学刊物。

相关资料：

喷溢海底热泉的出口，由于物理和化学条件的改变，含有多种金属元素的矿物在海底沉淀下来，尤其是喷溢口的周围连续沉淀，不断加高，形成了一种烟囱状的地貌，叫做黑烟囱。烟囱高低粗细各不相同，高的可以达到一百多米，矮的也有几米到几十米。烟囱的直径因喷溢口的大小而不同，小烟囱的口一般只有几十厘米，大烟囱的口可以达到几米。喷发剧烈的喷溢口四周的沉积物也多，往往形成了小丘，高度有的高达100多米。其实，在海水冲击的作用下，烟囱的高度很难无限升高。尤其那些长年不活动的喷溢口，烟囱往往经不住海水的冲击而垮塌。
　　那些冒烟的黑烟囱四周，有种类和数量都十分丰富的海洋生物。一般深海的温度只有0℃，而海底热泉活动频繁的黑烟囱附近水温却高达350℃到400℃。据推算，水深每增加10米，水压就会增大1个大气压，好比在水深4000米的海底，一个成年人身上要承受上百吨的压力。在这样恶劣的环境下，怎么可能还有生物呢？为了解开这个谜，科学家们进行了艰苦卓绝的探索。1980年，日本科学家乘坐考察船在太平洋加拉帕戈斯群岛附近考察，在一个海渊里90℃的热水中，发现了僵死的细菌。科学家们继续下潜探察细菌的来源，在2650米深处，发现了活动力极强的细菌。而这里的水温为250℃，水压为2700万帕斯卡。原来，那些90℃的热水中发现的僵死细菌，是被热水推到水深较浅的水域"冻死"的或者是忍受不了内部的压力"爆炸"而死的。