炽热的生命发源地

（文 / 朱步冲）

李江海研究组发现的“黑烟囱”岩石标本  

去年11月，以北京大学地球与空间科学学院教授李江海为首的科研小组，从河北冀东兴隆县硫铁矿中发现了世界上首件完整的前寒武纪“黑烟囱”，它将对探究地球生命起源，起到不可估量的影响。

“所谓黑烟囱，是个形象的叫法，就是我们此次采集的岩石样本表面分布的圆锥、圆柱体构造。”李江海在接受记者采访时说，“它是由黄铁矿、闪锌矿和黄铜矿组成，堆积形成直立的柱状圆丘。周围有很多海底沉积物和古代微生物化石，是远古海底硫化矿液喷发遗留的痕迹。”

研究者相信，这些附接在“黑烟囱”周围的微生物化石，很可能就是我们这个星球上的第一批住客。自从苏联生物学家奥巴林于1924年提出，海水是最初生命形式蛋白质团聚体形成的最重要条件后，海底成为科学家们探究生命形成奥秘的麦加胜地。1978年，美国“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，发现了数十个含矿热液喷口，形成大片矿物沉淀，构成了一片特殊的深海动物栖息地。这是科学家们发现的第一处黑烟囱。

“这次发现的前寒武纪黑烟囱，使我们可以通过两组不同时期烟囱的对照研究，更清楚地比较它们的共同点与差异，对远古时代海洋与地壳的变迁，有一个直观的认识，进而将在成矿过程、生命起源和演化方面取得重大进展。”李江海教授兴致勃勃地说。

记者由此就有关问题专访了李江海。

问：黑烟囱究竟是怎样形成的？

答：首先是烟囱外壁，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。随着烟囱外壁及丘体生长，热液开始与海水分隔，烟囱内壁及通道内部开始形成，发生重结晶或矿物生长。热液活动停止后，烟囱将发生垮塌，堆积形成丘体，并在丘体内持续沉淀结晶硫化物。丘体内部和地下持续发生热液渗流和交代成矿。黑烟囱下伏丘体的寿命可达2～5万年，随后因深海沉积或玄武岩埋藏或海水氧化而消亡。

问：这次发掘出的远古烟囱遗迹，相对于当代海底存留的烟囱，其学术价值有什么差异？

答：首先，现存的海底黑烟囱都位于深海海底，而且受洋流的冲击与锈蚀，常常会导致倒塌氧化，对研究观测有很高的要求。而通过对地层中发掘的烟囱遗迹研究，我们就可以方便地明了它的形成、喷发过程与矿浆的构成。通过两组不同时期烟囱的对照研究，可以更清楚地比较它们的共同点与差异，对远古时代海洋与地壳的变迁，有一个直观认识。

问：有关黑烟囱的研究，除在探寻生命起源问题上有重大借鉴意义外，对我们的经济生产与日常生活有什么具体价值？

李江海：首先是对采矿业有重要影响。海底黑烟囱硫化物矿体富集程度高、贵金属含量高、成矿过程快。它们成为人类未来海底矿产资源的重要部分。国外同行目前已在海底发现许多达百万吨级以上的规模金属硫化物，包括美国在内的一些发达国家已开始了在太平洋深海黑烟囱矿产开发的勘察研究与评估。如东太平洋的加拉帕格斯黑烟囱丘体的经济价值就达到了39亿美元。黑烟囱形成的重要元素还包括铜、锰、铅、锌、金、银等，例如在西南太平洋劳恩海盆中黑烟囱上发现原生自然金颗粒，在新西兰海湾的热液喷口还发现天然水银等。此外，它为我们研究海水成分变化，洋流流向的预测，进而对全球气候影响，都提供了新的思路。

美国“阿尔文”号载人深潜器  

海底烟囱的诞生与分类：

首先，海水沿着洋壳的断裂、裂隙向下渗透，深度可达2～3公里。在下渗过程中氧和矿物脱离海水，并被加热，同时分离出围岩中的多种金属元素和硫化物，随后又沿着裂隙上升喷出，与常温海永混合后，由于化学成分和温度的差异，形成浓密的黑烟，最后沉淀堆积成硫化物和硫酸盐组成的硫化物丘。丘体根据喷出热液的成分和温度可以分为黑烟囱和白烟囱两种，黑烟囱是高温型，流体中以金属硫化物为主。白烟囱是中、低温型。