海底热泉

篇名

海底熱泉——黑煙囪

作者

林一民。國立台中二中。一年十六班

目錄

壹●前言

貳●正文

一、海底黑煙囪成因探秘

二、黑煙囪形成

01.位置與性質

02.金屬與礦物

三、海底熱泉生物群落

01. 深海綠洲

四、塊狀硫化物型

01. 黃鐵礦型

02. 黑礦型

A.黑礦

B.黃礦

C.矽礦

03. 塞浦路斯型

叄●結論

肆●引註資料

壹●前言

20世紀70年代以來，工業化生產一直保持迅猛發展勢頭，能源消耗連年遞增，發達國家高聳入雲的大煙囪日以繼夜地噴涌著濃重的煙塵。對陸地有限的自然資源連續多年大規模機械化採掘和源源不斷地燃燒已使其貯量日趨枯竭。為此，世界各國紛紛將人類未來資源的希望傾注於海洋，並開始了海底探礦尋寶的熱潮。

貳●正文

一、海底黑煙囪成因探秘

自1977年10月美國伍茲霍爾海洋研究所所屬深海潛艇“阿爾文”號在加拉帕戈斯群島海域率先發現海底熱泉生態區以來，海洋學家又先後在墨西哥西部沿海以北的北緯10°海底和北緯21°的胡安·德富卡海隆下勘察到大規模熱泉區並分別進行過數次綜合考察。胡安·德富卡海底熱泉區中擁有多處噴涌升騰礦物質的黑煙囪。這些奇異的自然景觀引起了科學家極大的興趣和關注，他們近期的科學考察又獲得新的收穫和重要的發現。

距西雅圖以西300英里處太平洋海下，胡安·德富卡板塊不斷與太平洋板塊碰撞，因此造成沿胡安·德富卡海隆海底地層出現坼裂和擴張，地球內部源源不絕噴涌而出的熔岩冷卻固著成新的海底地殼並將古老的海床置於其下並取而代之。海水在地心引力作用下傾瀉深入地裂中，同時形成海底環流將熔岩中大量的熱能和礦物質攜帶和釋放出來。當熾熱的海水再度噴射到裂縫上冰冷的海水中，其中的礦物質被溶解並形成一縷縷漆黑的煙霧。礦物質遇冷收縮最終沉積成煙囪狀堆積物，地裂中熱液順煙道噴涌而出形成景致奇異、妙趣橫生的海底熱泉。

加利福尼亞州蒙特雷水族生物研究所海洋地質學家德布拉·斯特克斯確悉，海底黑煙囪的構築絕非僅僅是地質構造活動的結果。其中神奇莫測的熱泉生物建築師的艱辛勞作也功不可沒，不容忽視在熱泉口周圍擁聚生息著種類繁多的蠕蟲，其中管足蠕蟲可長到18英寸，它們獨具特色的生存行為特別引人注目。斯特克斯和助手特裏·庫克發現這些底棲生物在營造煙囪中起著至關重要的作用。

為查明黑煙囪礦物成分，斯特克斯從3座黑煙囪內採集了18英寸長的岩心，經潛心研究後才揭示了其中奧秘。他們發現岩心上佈滿了含有硫酸鋇亦稱重晶石的凹陷管狀深孔，研究人員確認這些管狀孔穴係蠕蟲長期生存行為的結果。鑒於熱泉口旁蠕蟲遍佈，因此尚難斷定究竟哪些蠕蟲擅長打洞築巢。

從管洞外形來看極有可能是活躍喜遷居的管足蠕蟲長期挖掘作業的產物。解剖分析表明，管足蠕蟲內臟中的細菌可從熱液所含亞硫酸氫鹽中獲取氫原子維持生命，細菌還可把海水中的氫、氧和碳有機地轉化生成碳水化合物，為蠕蟲提供生存所需的食物。這種化學反應的結果遺留下硫元素，蠕蟲排泄的硫又促使海水中的鋇和硫酸發生催化反應。常此以往蠕蟲死後便在熔岩中遺留下管狀重晶石穴坑 (註一)。

二、黑煙囪形成

01.位置與性質

海底熱泉位於海洋脊軸附近。這裡的岩漿房接近地表，滲透性好，海水能下滲至岩漿房處，被加熱至300～

400

He 示蹤圖(圖二)可

知，從南緯15度、東太平洋南部海底脊軸處噴出的熱液中，含有大量的氦-3，並在中層水中向西擴散。

02.金屬與礦物

1965年在紅海首次發現熱泉，但更重要的是，1977年伍茲霍爾海洋研究所R.巴拉德等乘“阿爾文”號潛水器在加拉帕戈斯裂谷發現的熱泉及1979年在北緯21°觀察到的熱泉，熱液剛噴出時為清澈透明的均勻溶液，在與冷海水相混時便激起混濁的鹼性水柱，並產生很細的鐵、銅、鋅等硫化物顆粒。金屬硫化物堆積在熱泉口旁，成為海底熱液金屬礦床。例如，在北緯21度發現的東太平洋海隆的礦床及加拉帕戈斯海嶺的礦床，前者含Zn50％，Cu0.75％，Pb0.35％，Ag400ppm ，Au

痕

圖一(註二

)

圖二(註二)

量，面積規模約1.62×10

m

個/毫升。這些細菌以化學合成作用進行有機物的初級生產，為濾食性動物提供餌料(註三)。

01. 深海綠洲

A.雙殼類、鎧甲蝦，貝殼長達30厘米，有濾食有機物和細菌的功能。

B.巨型管棲動物與細菌共生(體長2米多) 。

C.小蟹﹑管水母﹑某些腹足類和紅色的魚類等熱泉生物(註三)。

四、塊狀硫化物型(Massive Sulfide)鉛鋅（銀）礦床

這類礦床是海底火山－沈積作用形成的，礦體主由緻密塊狀黃鐵礦、磁黃鐵礦等組成。礦床有的以銅為主，有的以鉛鋅為主，為鉛鋅重要來源之一，儲量約佔全球三分之一。根據礦物共生組合及含礦岩性，礦床劃分為三類：

01.黃鐵礦型

主要分佈在以細碧角斑岩為主的火山－沈積岩系中，礦體呈似層狀，礦石礦物以方鉛礦、閃鋅礦和黃鐵礦為主，有時有獨立的銀礦體。實例有中國甘肅的小鐵山、碃硐子等；加拿大魁北克的諾蘭達地區(Noranda)和安大略的馬尼托瓦基等（Manitouwadge，位於蘇必略湖邊）；澳洲的布羅肯山(Broken Hill)等礦床。最後者位於新南威爾斯，礦石礦物為富銀的方鉛礦和富鐵的閃鋅礦、黃鐵礦、砷黃鐵礦。估計金屬儲量＞5500 104t，礦石平均含鉛13%，鋅11%，銀約115g/t，是一大型高品位礦床。

02.黑礦型(Kuroko type)

黑礦是一種形成於第三紀，以日本北海道和本州的綠色凝灰岩帶(Green Tuff Belt)為代表的火山－沈積塊狀硫化物鉛鋅礦床，儲量＞7000 104t。礦體內礦石成分有明顯分帶，自上而下分成：

A.黑礦

為多金屬硫化帶，礦石呈黑色，主要由閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦、黃鐵礦、黝銅礦和重晶石組成。黑礦礦床熱液蝕變作用發達，有粘土化（蒙脫石、高嶺土化）、矽化、綠泥石化、絹雲母化、沸石化、鈉長石化等。

B.黃礦

主由黃鐵礦和不等量黃銅礦組成，實例為日本的秋田(Akita)和別子(Besshi)礦床，由於其特性，有些人特別以別子型礦床稱之。

C.矽礦

主要礦物為石英，伴有浸染狀黃鐵礦等。

03.塞浦路斯型(Cyprus type)

海底火山或黑煙囪之下的海洋地殼，特別是蛇綠岩套的部位，亦常發現有塊狀硫化物礦床，一般認為是黑煙囪通道所形成的。塞浦路斯的楚多斯蛇綠岩(Troodos Ophiolite, Cyprus)即為此型的代表，其他同型礦床在俄國希凡諾－阿色隆帶(Sevano-Alceron zone)，義大利、土耳其的蛇綠岩帶、伊朗的查格羅斯山脈(Zagros Ranges)，以及菲律賓的贊巴列斯山脈(Zambales Ranges)均有發現(註三)。

參●結論

現代海底“黑煙囪”及其硫化物礦產的發現，是全球海洋地質調查近10年中取得的最重要的科學成就之一。近些年來，海底熱液活動及其多金屬硫化物、生物資源之所以為國際社會常年關注，成為國際科學前沿的課題，主要是基於其科學意義和資源潛力。人類經過二十多年不懈的調查研究，對大洋底多金屬硫化物的了解還只是初步的，很顯然，許多海域還有待於人類更深入的工作。

肆●引註資料

註一中國公眾科技網

/gate/big5//popul/geological/geologic/artic/