北京大學地球與空間科學學院教授李江海近日透露，以他為首的研究組在對我國五台山-太行山交界區進行中-美-加專家聯合地質調查時，發現了25億年前的海底黑煙囪，這些發現為地球生命起源與大洋演化提供了重要證據。同行的美國和加拿大專家充分肯定了李江海研究組的這項科學發現，並給予高度評價。
什麼是“海底黑煙囪”？
海底黑煙囪的發現及其研究是全球海洋地質調查近十年取得的最重要的科學成就。
現代海底黑煙囪的研究始於1978年，當時，美國的阿爾文號載人潛艇在東太平洋洋中脊的軸部採得由黃鐵礦、閃鋅礦和黃銅礦組成的硫化物。1979年又在同一地點約2610～1650米的海底熔岩上，發現了數十個冒著黑色和白色煙霧的煙囪，約350℃的含礦熱液從直徑約15厘米的煙囪中噴出，與周圍海水混合後，很快産生沉澱變為“黑煙”，沉澱物主要由磁黃鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦和銅-鐵硫化物組成。這些海底硫化物堆積形成直立的柱狀圓丘，稱為“黑煙囪”。
海底黑煙囪的形成主要與海水及相關金屬元素在大洋地殼內熱循環有關。由於新生的大洋地殼溫度較高，海水沿裂隙向下滲透可達幾公里，在地殼深部加熱升溫，溶解了周圍岩石中多種金屬元素後，又沿著裂隙對流上升並噴發在海底。由於礦液與海水成分及溫度的差異，形成濃密的黑煙，冷卻後在海底及其淺部通道內堆積了硫化物的顆粒，形成金、銅、鋅、鉛、汞、錳、銀等多種具有重要經濟價值的金屬礦産。目前，世界各大洋的地質調查都發現了黑煙囪的存在，並主要集中于新生的大洋地殼上。
研究生命起源和大洋演化的指路燈黑煙囪與含礦液體的運移通道共同組成了金屬硫化物的成礦環境，並可以在地層中保留下來，成為研究當時古大洋環境的重要樣本。
同時，大量的海底調查研究發現，在海底黑煙囪周圍廣泛存在著古細菌，這些古細菌極端嗜熱，可以生存于350℃的高溫熱水及2000-3000米的深水環境中，為古老生命的孑遺。黑煙囪噴出的礦液溫度可高達350℃，並含有CH4、CN等有機分子，為非生物有機合成，如此環境可以滿足各類化學反應，有利於原始生命的生存。科學研究表明只有地球早期的環境才與此類似，科學家們為此提出了原始生命起源於海底黑煙囪周圍的理論，認為地球早期水熱環境和嗜熱微生物可能非常普遍，地球早期的生命可能就是嗜熱微生物。
世界各地在對不同時代古大洋地質記錄(蛇綠岩)進行廣泛的調查時，先後在日本、德國、美國、加拿大等地找到了古海底黑煙囪的殘片及相關塊狀硫化物。但是，大多數硫化物的時代很少大於6億年，老于25億年古海底黑煙囪記錄還不多見，儘管在加拿大和澳大利亞發現了26億-27億年前的金屬硫化物礦産，但尚無海底黑煙囪殘片的報道。為此尋找古老的黑煙囪殘片具有重要的科學價值。
艱辛蒐求驚人發現
以李江海教授為首的課題研究組在發現最古老的蛇綠岩後，迅速瞄準古海底黑煙囪的科學探索，並選擇在太行山與五台山交界區開展地質調查。今年7月，研究組採集了第一批金屬硫化物的岩石標本300多塊，並在其中發現了黑煙囪殘片。8月，研究組再次對該區進行了3個星期的野外科學考察，詳細調查了太行-五台山約60平方公里的高山地區，考察了20余處礦點及礦井，還深入1000多米的礦山巷道深處，先後採集了約500公斤的岩石樣品。
隨後，研究組對樣品開展了多學科的分析測試，並邀請了美國、加拿大專家共同進行現場考察和科學鑒定，從多方面的證據判斷華北黑煙囪形成于25億年以前，證實了華北古海底黑煙囪的重要發現。
李教授向記者介紹説，五台山與太行山地區保留了古老海底黑煙囪完整的地質記錄，具有岩石類型齊全，構造形態完整的特點，具有極其珍貴的科學價值。另外，這些海底黑煙囪及相關蛇綠岩還證實了華北大陸中部板塊碰撞縫合帶長度超過600公里的前期科學推斷。
據了解，距今25億年前後是地球演化歷史上最重要的劃時代界線，地球發生了許多重大變化，包括大陸面積迅速增加，大氣圈逐漸富集氧氣，生命(藍綠藻類)開始在淺海上大爆發，地球釋放熱量與表面溫度開始明顯降低等。
未完的追求
目前，李江海的研究組已初步完成了岩石礦物成分與結構構造的科學鑒定，隨後將對其開展實驗測定，以揭示它們形成環境及過程；並在黑煙囪周圍的海底沉積物中，尋找古大洋中原始生命的記錄，研究它們生存的環境；通過與現代及其它年輕黑煙囪記錄進行地質對比，以恢復出當時的洋底熱液活動的地質模型。
李江海表示將持續開展對華北大陸中部板塊碰撞縫合帶的科學研究，繼續尋找相關的大洋地質記錄，並探討華北大陸縫合帶在其它大陸的延伸情況，恢復古板塊構造。 |
