北京大学地球与空间科学学院教授李江海近日透露，以他为首的研究组在对我国五台山-太行山交界区进行中-美-加专家联合地质调查时，发现了25亿年前的海底黑烟囱，这些发现为地球生命起源与大洋演化提供了重要证据。同行的美国和加拿大专家充分肯定了李江海研究组的这项科学发现，并给予高度评价。
什么是“海底黑烟囱”？
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”。
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。
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。
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。
艰辛搜求惊人发现
以李江海教授为首的课题研究组在发现最古老的蛇绿岩后，迅速瞄准古海底黑烟囱的科学探索，并选择在太行山与五台山交界区开展地质调查。今年7月，研究组采集了第一批金属硫化物的岩石标本300多块，并在其中发现了黑烟囱残片。8月，研究组再次对该区进行了3个星期的野外科学考察，详细调查了太行-五台山约60平方公里的高山地区，考察了20余处矿点及矿井，还深入1000多米的矿山巷道深处，先后采集了约500公斤的岩石样品。
随后，研究组对样品开展了多学科的分析测试，并邀请了美国、加拿大专家共同进行现场考察和科学鉴定，从多方面的证据判断华北黑烟囱形成于25亿年以前，证实了华北古海底黑烟囱的重要发现。
李教授向记者介绍说，五台山与太行山地区保留了古老海底黑烟囱完整的地质记录，具有岩石类型齐全，构造形态完整的特点，具有极其珍贵的科学价值。另外，这些海底黑烟囱及相关蛇绿岩还证实了华北大陆中部板块碰撞缝合带长度超过600公里的前期科学推断。
据了解，距今25亿年前后是地球演化历史上最重要的划时代界线，地球发生了许多重大变化，包括大陆面积迅速增加，大气圈逐渐富集氧气，生命(蓝绿藻类)开始在浅海上大爆发，地球释放热量与表面温度开始明显降低等。
未完的追求
目前，李江海的研究组已初步完成了岩石矿物成分与结构构造的科学鉴定，随后将对其开展实验测定，以揭示它们形成环境及过程；并在黑烟囱周围的海底沉积物中，寻找古大洋中原始生命的记录，研究它们生存的环境；通过与现代及其它年轻黑烟囱记录进行地质对比，以恢复出当时的洋底热液活动的地质模型。
李江海表示将持续开展对华北大陆中部板块碰撞缝合带的科学研究，继续寻找相关的大洋地质记录，并探讨华北大陆缝合带在其它大陆的延伸情况，恢复古板块构造。 |
