热液硫化物

热液硫化物（Volcanogenic massive sulphide ore deposits， 或作 VMS） 是一种含有铜、锌、铅、金、银等多种元素的重要矿产资源，主要出现在大洋中脊和断裂活动带上。热液活动区生物群落奇异的生命表现，改变了传统的极端环境下无生命存在的认识，丰富了深海生物基因库，在工业、医药、环保等领域有广泛的应用前景。

热液硫化物 - 简介

“热液硫化物”（Volcanogenic massive sulphide ore deposits， 或作 VMS） 主要出现在2000米水深的大洋中脊和断裂活动带上，是海水侵入海底裂缝，受地壳深处热源加热，溶解地壳内的多种金属化合物，再从洋底喷出的烟雾状的喷发物冷凝而成的，被形象地称为：“黑烟囱”。

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- or by-products）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。“热液硫化物”是日益受到国际关注的海底矿藏。

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，具有良好的开发远景。而且很可能和生命起源有关，并具有巨大的生物医药价值。

热液硫化物 - 发现历史

英国科学家Revelle1952年第一次在论文中报道了包括沉积物热传导的整个大洋热通量的测量结果，美国科学家Elder随后在1965年认为洋中脊热通量测量只能通过洋壳和循环海水的对流冷却来解释。正是他们的开创工作使人们逐渐意识到海底热液循环可以用于地球内部热量散失的解释，而后逐步发现了相应的证据。

最早的证据源于1948年“信天翁”号在红海调查发现的海水温度与盐度异常，但这一异常没有引起注意。到1963－1966年的印度洋调查，途经红海，再次观测到海水的异常之后，这种现象才引起人们的重视。随后，通过采水样和沉积物样，人们发现了含金属悬浮颗粒的热液和含金属的沉积物。

1972—1973年间在大西洋洋中脊裂谷区发现近海底存在温度异常后，1972年在TAG区又获得了低温热液矿物样品———氧化锰结壳，给热液提供了直接的证据。直到1977年著名的“阿尔文”号深潜器在东太平洋海隆－加拉帕哥斯洋脊区获得了第一批高温热液区的资料后，人们才真正重新认识到海底热液活动的普遍性、特殊性和存在的重要科学价值。

热液硫化物 - 形成原因

海水从地壳裂隙渗入地下，遇到熔岩被加热，热水溶解了周围岩层中的金、银、铜、铁、锌、铅等金属后从地下喷出。这些金属经过化学反应形成硫化物沉积在附近的海底，形成几千吨至上亿吨的块状海底矿床。海底热液活动还形成像烟囱一样的奇特景观。在“烟囱”周围，生活着耐高温高压的生物群落，它们独特的生物特征也有广阔的应用前景。现时，发达国家都非常重视相关的研究。在红海2000多米深的中央海槽里，当初海洋科学家发现了著名的“热卤水沉积物”，即热液硫化物。

热液硫化物 - 矿产资源

热液硫化物在海底形成的"黑烟囱"喷出了炽热溶液，这些溶液富含铜、铁、硫、锌，还有少量的铅、银、金、钴等金属和其他一些微量元素。当这些热液与4摄氏度的海水混合后，原来无色透明的溶液就成了黑色的金属硫化物溶液。

这些物质往上跑不了多高，就会像天女散花般地从烟柱顶端四散落下，沉积于烟囱的周围，从而形成含量很高的矿物堆。这一过程历经的时间很短，一般来说，从一个"黑烟囱"开始喷发到最终"死亡",只要十几年到几十年，不过在这么短的时间里，它却可以累积造矿近百吨。

与此相比，现在人类开采的石油、煤、铁等矿产，则经历了更长的历史，大多要若干万年才能成矿。而"黑烟囱"通过化学作用来造矿，就大大地缩短了成矿的时间。而且这种矿，基本没有土、石等杂质，都是些含量很高的多种金属的化合物，稍加分解处理，就可以利用。

科学家为我们描述了这样一幅非常生动形象的"海底图画":全球大洋底长达4万公里的大洋中脊首尾相接，其上不断有浓密的黑烟（热液）喷发，形成了无数的金属硫化物"黑烟囱",然后它们又不断地生长坍塌，形成了海底矿床；在海底火山口处有钴结壳；广袤的海底盆地也大量地分布着许多金属结核。

热液硫化物 - 生物环境

科学家初步推断，生活在热液区的生物具有厌氧、运动缓慢、运动器官退化、体态比较柔软、不能进行光合作用、食物量少、食物链简单、生物体多为透明有些甚至可以自己发光、视觉退化、触觉或味觉会比较发达、生物体内存在嗜热酶等特性。

在这些炽热的热液硫化物形成的"黑烟囱"周围活跃着一个崭新的生物群落--热水生物，比如长达三米而无消化器官，全靠硫细菌提供营养的蠕虫，加上特殊的瓣鳃类、螃蟹之类，说明地球上不仅有人们所习惯的，在常温和有光的环境下通过光合作用生产有机质"有光食物链",还存在着依靠地球内源能量即地热支持，在深海黑暗和高温高压的环境下，通过化合作用生产有机质的“黑暗食物链”。从而构成了繁荣的深海生物圈。换言之，因为处在海洋深处，阳光无法照射到那里，它们不能依靠光合作用来合成生命物质，只能通过自身的化学反应类合成生命物质来生存。

在这里，海水的水温高达350摄氏度，生物生活在既无氧也无光的高温高压环境下，并依靠氧化大量有毒有害的硫化物获得生命的能量。这种生存环境，很类似地球早期环境的极端高温环境：热泉水温高达350摄氏度，周围水温为2摄氏度、水深两三千米，缺氧，遍布还原性的有毒气体和金属离子。 一些生物基因组的研究也发现，这些生物非常原始，接近所有生命的共同祖先。为此科学界的一部分科学家有了新的看法：深海热液可能就是生命起源地方。

另外，海底热液周围生物的多样性和生物密度也可与热带雨林相媲美，目前新发现的生物种类已经达到了10个门类500多个种属。

热液硫化物 - 勘探情况

目前已探知的海底热液地区有：Mohna海岭、南大西洋海岭、卡尔斯伯格海岭、巴布亚新几内亚的Ambitle岛以及加拉帕戈斯群岛。

前苏联在20世纪60年代中期开展研究。

美国

美国国家海洋大气局制订了1983~1988年的5年计划，把处在美国200海里专属经济区内的胡安德富卡海脊作为海底热液矿床的重点研究和开发对象。1983年，美国海洋地质专家们用"阿尔文森"号潜艇对东太平洋海隆上北纬10°~13°的海域进行了调查。1984年夏天，又调查了胡安德富卡海脊。1988年，斯克里普斯海洋研究所又对东太平洋一块新海域进行调查，发现了24个热液涌出口，并在一海山的南坡水深2440米~2620米处，发现一个南北长500米，东西宽200米的硫化矿物沉积层。此外，美国还与法国合作进行海洋调查，并计划合作开采海底热液矿床。

日本

日本投资75亿日元，建造了能下潜2000米的"深海2000"号深潜器，专门用于海底热液矿物的调查。从1983年开始，日本的海洋地质专家们对马里亚纳海槽、四国海盆等地的热液矿床进行调查。日本地质调查所还执行了一个新的5年计划，对伊豆一小笠原岛弧、四国海盆等处的热液矿床进行调查。日本海洋开发中心用7年时间，投资220亿~230亿日元，建造能下潜6000米的深潜器--"6500"号，用于海底热液矿床的调查。与此同时，日本还积极研制从勘探到开采海底矿床的各种技术设备，计划在2000年之前，开始商业性采矿和试生产。

加拿大

1985年初，加拿大多伦多大学的斯科特教授领导的一个调查队乘"潘德拉2"号潜艇，对温哥华岛以西约200千米的海脊进行了调查。他们共发现了17个海底热液矿床沉积层，有3个沉积带的宽度超过了150米，厚度超过了7米，据估计，其总量可能超过150万吨。

中国

中国在1997年后，大洋协会组织“大洋一号”和广州海洋地质调查局“海洋四号”进行了9个航次的海底资源调查与科考。2008年8月23日、24日“大洋一号”科考船于在东太平洋海隆赤道附近发现两处海底热液活动区，这是世界上首次在东太平洋海隆赤道附近发现海底热液活动区。2011年12月11日，"大洋一号"科考船返回青岛。科考人员在此航次共发现了16处海底热液区，几乎等于中国之前已知海底热液区的总和。