海底黑烟囱概况及其研究进展

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1、海底黑烟囱概况及其研究进展摘要：这学期我选了专业选修课《海洋地质学》，在这门课上我们学习和了解了许多海洋地质方面的知识，有海洋勘探，大洋地形，海洋沉积、岩浆、变质特征，海底黑烟囱和天然气水合物等。而王老师给我们讲的和看的最多的东西就是海底黑烟囱，所以我这篇读书报告就写海底黑烟囱，主要涉及到什么是黑烟囱，黑烟囱的特征，黑烟囱的形成，黑烟囱周围的生物群落及其科学意义等内容。“黑烟囱”是人类研究生命起源的活化石，其中保留了生命起源的重要信息。关键词：黑烟囱；硫化物丘体；微生物矿化；生命起源一、海底黑烟囱及其特征1、什么是黑烟囱喷溢海底热泉的出口，由于物理和化学条件

2、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，高达一百多米，矮则几米到几十米。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。科学家在1979年在数千米深的海底首次发现了“黑烟囱”。1979年，继前一年采集到硫化物后，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

3、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”。2、黑烟囱的特征黑烟囱呈锥状、柱状，常向上收敛或者存顶部出现喷口或喷孔构造。烟囱分为外壁和通道(内核)两部分。有的烟囱保留通道构造，它们为轴部通道。围绕通道显示矿物成分和结构的分带性。从外壁到中央通道，结构上从表面的风化细粒、细密多孔结构顺次过渡为自形树枝状多孔结构和中细粒镂空状的中央通道。

4、根据对许多黑烟囱的实测资料和样品的深入研究，可概括出黑烟囱的主要特征：(1)几何形态与通道构造：烟囱通道直径为数厘米到两米。高度变化较大，从数厘米到数十米。最高的黑烟囱出现于东太平洋，达50m。烟囱上部常形成树枝状形态，保留喷口构造。烟囱合并或分支现象非常普遍，常见多个烟囱聚集形成复杂形态，或一个烟囱内部由多个次级烟囱或多孔硫化物组成。中央普遍保留一个或多个通道构造，通道有时被后期矿物充填。(2)矿物成分、结构和构造分带：在水平切面上，黑烟囱常显示特征的同心圈状或复杂的矿物分带现象。烟囱表面主要矿物为硫化物、碳酸盐(文石、方解石)、硅质以及硫酸盐(重晶石)等

5、。烟囱外壁由硬石膏、石膏和硫酸镁或白铁矿和黄铁矿组成,与海水和成矿流体混合有关，升温造成海水中硬石膏沉淀。外壁细粒树枝状矿物为不稳定条件下快速结晶的产物。内壁常由粗粒闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿组成，板状矿物垂直内壁生长，呈同心状向外放射状排列。通道中央普遍充填或镶边有黄铜矿或磁黄铁矿，通道周围矿物交代重结晶也非常普遍。矿物分带与烟囱形成时从外壁向通道中央流体温度逐渐增加有关。(3)矿物成分：主要由铜、锌、铁、铅硫化物、重晶石、硬石膏、铁氧化物、非晶质二氧化硅、碳酸盐组成，各种矿物组成的比例可以变化很大。黑烟囱中的黄铁矿、白铁矿常早于黄铜矿和磁黄铁矿结晶。磁黄铁矿

6、和黄铜矿常发育于通道核部或内壁。硫化物角砾或烟囱残片常出现于烟囱基座或喷口周围。(4)特征构造：海底硫化物丘体和黑烟囱表层的硫化物矿石常显示多孔构造，并充填硫化物(自形白铁矿和黄铁矿)或硫酸盐。多孔构造与海水溶蚀有关。在显微尺度下，硫化物常见胶体构造、原生条带、树枝构造、镶边构造及晶洞构造。烟囱常保留通道构造，周围出现烟囱残片或各种同沉积滑塌构造。低温而氧化的海水与硬石膏和硫化物之间存在不平衡，将使黑烟囱发生退变溶解，仅下伏块状硫化物和网脉带保留于地层中。二、黑烟囱的形成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公里，在地壳深部加热升

7、温后，淋滤并溶解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、温度的差异，形成浓密的黑烟，海底及其浅部通道内则堆积这些硫化物的颗粒沉积。它们在海底形成具有重要经济价值的多金属（铁、铜、锌、铅、汞、钡、锰、银等）矿产，成为新世纪人类潜在的矿产资源。还有一些“黑烟囱”上有原生的自然金颗粒和天然水银。目前在世界各大洋发现的黑烟囱主要集中在新生的大洋地壳上（如下图所示）。1、海底黑烟囱的形成机制黑烟囱形成过程中，首先是烟囱外壁的形成，通过高温热液与海水混合快速沉淀硫酸盐或硫化物，喷发的黑烟物质也主要沉积在喷口附近。随着外壁及丘体的生长，热

8、液开始逐渐与海水分隔，两者物理化学交换减弱，热液在相