在山西地质博物馆四层《深海园林》展厅，展示了一组深海热液模拟场景，其中最引人瞩目的就是一根根的“黑烟囱”。1979年，美国“阿尔文号”深潜器在东太平洋中隆附近北部地区，首次发现了2米高的“黑烟囱”，它向上喷出滚滚浓烟，高温液体还烧坏了温度计。海洋地质学家们惊奇地发现，在深达2500米的海底热液喷口周围，竟然生长着管状蠕虫、蛤、贻贝、庞贝虫、盲虾、蜗牛、雪人蟹等结构独特的生物群。

图1 东太平洋中隆“黑烟囱”（图片来源于网络）

经过海洋地质学家进一步的探究，发现这些海底“黑烟囱”主要分布在大洋中脊、火山弧、弧后盆地扩张中心、板内热点地带，常出现于洋脊轴部地堑或转换断层与洋脊交汇的位置。

图2 全球热液喷口分布图（图片来源于网络）

当海水沿洋壳裂缝下渗，受到深处岩浆等热源加热的同时，溶解洋壳中的多种金属元素，形成了富含金属元素和硫化氢的热液；当这些高于350℃高温热液再次喷出，冰冷的海水会使其快速冷却下来，其中富含的金属硫化物在喷口析出，形成浓浓黑烟，在喷出口层层相叠形成了“黑烟囱”。

“黑烟囱”在形成过程中，首先是烟囱外壁的形成，高温热液与海水混合，快速沉淀如硬石膏矿类的硫酸盐或硫化物，喷发的黑烟物质也主要沉积在喷口附近。随着烟囱外壁及丘体的生长，热液开始逐渐与海水分隔，热液在相对封闭条件下活动，烟囱内壁及通道内部结晶温度较高的硫化物矿物，如黄铁矿、闪锌矿。通道内热液持续活动，发生重结晶或矿物生长,热液还可能发生幕式活动及温度变化，随后结晶或充填较低温硅质、碳酸盐、重晶石等矿物。当通道被充填或阻塞时，流体可能改变通道，而沿其他裂隙喷出或爆破形成新的通道，因此烟囱上部常形成树枝状形态。随着热液活动的减弱和停止，海底“黑烟囱”也将逐渐瓦解和消亡，形成各种硫化物角砾堆积。同时生活在其周围的自养型微生物将失去“食物”，依赖它们的动物群也会随之消亡。

图3 深海热液模拟场景

地球早期的表面环境，可能与现代深海热液环境非常相似。极端环境下的高温微生物，以其独特的生物多样性和极高生存密度，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化学和医学价值。基因组测序表明，现代深海极端嗜热的古细菌和甲烷菌是古老生命的孑遗，是靠近生命源头的共同祖先。这些研究支持了生命起源于海底“黑烟囱”的理论。

“黑烟囱”中的热液活动将大量金属元素从地壳深处带出，在海底形成铜、锌、铅、钴等金属硫化物以及金、银等贵金属高品质矿床，具有极高的经济价值。本世纪初，我国已陆续取得多个海区海底专属勘探权和商业优先开采权，巨大的海底宝藏正等待着我们去开发利用。（供稿：自然资源科教部）