海底的黑烟囱冒出的不是烟,而是黑色液体,被称为深海热液。
深海热液俗称“黑烟囱”,是大陆板块与海洋板块之间的火山口,有200多米高,形状与烟囱几乎一模一样,其附近的温度高达400℃。深海热液又可以被称为“热液硫化物”。“热液硫化物”是日益受到国际关注的海底矿藏。
热液硫化物是以下矿物之一大来源:铜、锌、铅、金与银矿,且副产物(co-orby-procts)有钴Co、锡Sn、Ba、硫S、硒Se、Mn、Cd、铟In、Bi、Te、镓Ga与锗Ge。据初步估算,仅红海中的热液硫化物中就有铁2400万吨、铜106万吨、锌以及伴生的铅、银和金290万吨。
海底黑烟囱
海底黑烟囱简介:海底黑烟囱指海底深处的喷泉,原理和火山喷泉类似,喷出来的热水就像烟囱一样,除了黑烟囱还有黄烟囱和白烟囱。
海底黑烟囱的发现:
法国的海洋科学考察船巴米罗亚号,在大西洋亚速尔群岛海域发现了一股股从洋底涌上来的巨大黑潮。经过科学家们的探测和化验,这一股股黑潮是从3000米深度的大洋底部冲上来的,里面含有一些地球上少有的稀有金属。
海底黑烟囱的探秘
为了解开这神秘海底黑烟囱的谜团,美国派出了世界最深的海洋探测器尔河文号,于1998年7月来到亚速尔群岛海域。
探测器下潜到1000米时,四周海水如同起了大雾一样,能见度很低。但下潜到2500米时,大雾逐渐消失,能看到四周游动的虾、贝类、海参。在强光的照耀下,他们突然看到一幅清晰的图景:四周是林立的烟囱,井井有条,就如同进入了一个大工厂区。那一股股黑潮就是从烟囱里冒出来的,像是污染物,却并不影响洋底生物的生存。两位海洋科学家还想进一步观察,谁知尔河文号却被一种神秘的力量急剧地托起上升。两小时后,他们浮出了水面。
科学家们对大西洋海底黑烟囱和飞速前进的潜艇进行了分析研究,有人认为,在大西洋底生存着类人的高智慧动物,但他们的科学技术、文明水平远远超过陆地上生存的人类,而海底黑烟囱正是他们的杰作。
“黑烟囱”是耸立在海底的硫化堆积物,呈上细下粗的圆筒状,因形似烟囱状,所以被科学家形象地称为“黑烟囱”。它们的直径从数厘米到2米,高度从数厘米到50米不等。位于海底的“黑烟囱”堆积群及其堆积物有点像教堂或庙宇建筑的复杂尖顶,规模较大的堆积物可以达到体育馆体积大小的百万吨以上。
专家们认为,海底“黑烟囱”的形成过程很复杂,它与矿液和海水成分、温度间存在的差异有关。由于新生大洋地壳或海底裂谷地壳的温度较高,海水沿裂隙向下渗透可达几千米,在地壳深部加热升温后,淋滤并溶解岩石中的多种金属元素,又沿着裂隙对流上升并喷发在海底。它们刚喷出时为澄清的溶液,与周围的海水混合后,很快变成“黑烟”并在海底及其浅部通道内堆积成硫化物。
目前,科学家已经在各大洋的150多处地方发现了“黑烟囱”区,它们主要集中于新生大洋的地壳上,如大洋中脊和弧后盆地扩张中心的位置上。2003年“大洋一号”开展了我国首次专门的海底热液硫化物调查工作,拉开了进军大洋海底多金属硫化物领域的序幕。经过长期不懈的“追踪”,终于发现了完整的古海底“黑烟囱”,它们的地质年龄初步判断为143亿“岁”。此前,这不仅进一步了解了大洋深处海底热液多金属硫化物的分布情况和资源状况,也为地球科学从理论上有一个新的质的飞跃做了铺垫。
1977年,一位美国地质学家乘坐阿尔文号潜水器前往东太平洋中脊海底考察时,他惊讶地发现,在那里,一些"烟囱"正在冒着滚滚的"浓烟"向外面喷射。更令人困惑的是,许多奇异生物仿佛是一个魔幻的世界一样,生长在这些喷发着浓密"黑烟"的烟囱旁边。这个神秘的海底世界的面纱逐渐被揭开,这个奇异的现象吸引了许多科学家的造访。原来是"黑烟囱"里冒出来的黑色高温热液流体,而不是烟囱里的烟圈!科学家们称之为海底热液体。海底热液喷发作用正是形成了这些"黑烟囱"。如果你想直接用手触碰它,可千万不要这样做,因为这些"黑烟"出口处的温度高达。即使是驾驶潜水器,也要小心谨慎,不然可能会发生意外,导致人员伤亡。这些"黑烟"除了温度高之外,通常还有很强的酸性。一些“黑烟”的酸碱度(ph值)可以达到28左右,接近于我们平常所吃的陈醋,也就是我们所说的“黑醋”。那么,为什么深海热液是黑色的呢有毒物质弥漫在"黑烟"中,足以让他们立刻死去!正常情况下,在这样一个恶劣的环境下,没有生命能够生存,因此,这里应该是一个不毛之地。但是,在"黑烟囱"附近的海底,情况正好相反。这里同样也是各种微生物的天堂,这里有许多生活在"黑烟"中的有毒气体"吃"的"黑色烟雾"。
“黑烟囱”是指海底富含硫化物的高温热液活动区,因热液喷出时形似“黑烟”而得名。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。
海底黑烟囱的发现及其研究是全球海洋地质调查近十年取得的最重要的科学成就。现代海底黑烟囱的研究始于1978年,当时,美国的阿尔文(Alrin)号载人潜艇在东太平洋洋中脊的轴部采得由黄铁矿、闪锌矿和黄铜矿组成的硫化物。1979年又在同一地点约2610~1650米的海底熔岩上,发现了数十个冒着黑色和白色烟雾的烟囱,约350℃的含矿热液从直径约15厘米的烟囱中喷出,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、闪锌矿和铜-铁硫化物组成。这些海底硫化物堆积形成直立的柱状圆丘,称为“黑烟囱”。
黑烟囱
海底黑烟囱的形成主要与海水及相关金属元素在大洋地壳内热循环有关。由于新生的大洋地壳温度较高,海水沿裂隙向下渗透可达几公里,在地壳深部加热升温,溶解了周围岩石中多种金属元素后,又沿着裂隙对流上升并喷发在海底。由于矿液与海水成分及温度的差异,形成浓密的黑烟,冷却后在海底及其浅部通道内堆积了硫化物的颗粒,形成金、铜、锌、铅、汞、锰、银等多种具有重要经济价值的金属矿产。目前,世界各大洋的地质调查都发现了黑烟囱的存在,并主要集中于新生的大洋地壳上。
研究生命起源和大洋演化的指路灯
黑烟囱与含矿液体的运移通道共同组成了金属硫化物的成矿环境,并可以在地层中保留下来,成为研究当时古大洋环境的重要样本。
黑烟囱
同时,大量的海底调查研究发现,在海底黑烟囱周围广泛存在着古细菌,这些古细菌极端嗜热,可以生存于350℃的高温热水及2000-3000米的深水环境中,为古老生命的孑遗。黑烟囱喷出的矿液温度可高达350℃,并含有CH4、CN等有机分子,为非生物有机合成,如此环境可以满足各类化学反应,有利于原始生命的生存。科学研究表明只有地球早期的环境才与此类似,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。
黑烟囱
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还不多见,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,但尚无海底黑烟囱残片的报道。为此寻找古老的黑烟囱残片具有重要的科学价值。
大家知道,燃烧需要空气(空气里的氧气)。炉子生燃后,它里面的空气受热后温度很高,使空气密度降低并向上升,通过烟囱排出去。
烟囱里的高温气体的密度比周围空气的密度小,这就产生了压力差,形成抽力。烟囱越高,压力差就越大,产生的抽力也就越强,这就能使炉内燃烧后产生的气体很快排出去,让更多的新鲜空气快速进入炉内,让燃烧更充分。
世界上最高的烟囱,坐落在加拿大安大略省,是国际冶镍公司建造的。
这个巨大的烟囱高达3796米(有100多层楼那么高),底面直径354米,顶面直径158米,重39吨。该烟囱于1971年启用。
中国最高的烟囱,位于山西神头第二发电厂。这里的两个煤炉合用一座巨大的烟囱,全高270米,堪称中国第一烟囱。
陆地上有人类建造的烟囱,海底里也有“黑烟囱”呢。
1979年,美国的“阿尔文”号载人深潜器在1650米至2610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”。从“烟囱”里喷出的是来自地底的高温含矿热液,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,已成为21世纪科学家们最感兴趣的研究领域之一。
两者并不能完全去等同。但却有着联系。甚至会转化。
海底黑烟囱的成因是海水从海底的裂缝,渗入了地表深处。而下方有岩浆系统的存在。渗下去的海水被间接加热,携带了岩层中的矿物质,形成硫化物热液。由于地下的压力较大,海水被加热到非常高的温度,从海底薄弱处喷薄而出。由于温度降低,压力施放,热液对硫化物的溶解能力大幅下降,原本溶解在热液中的硫化物开始从水中析出,形成了黑烟囱。
既然地下有岩浆系统,那就有可能存在形成火山喷发的可能性。但这也取决于这个岩浆系统是否能积聚足够多的能量,冲出海床。有时先有了火山活动,喷发结束后。岩浆系统无力再积蓄出喷发的能量。那残余的岩浆会在海底创造出黑烟囱。所以,有的黑烟囱是长在火山体上的。反过来,有时黑烟囱先出现。没准哪天,岩浆系统的能量积蓄完成,就会形成火山,把那些黑烟囱全都炸掉。
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