海底热液

地球有一个高热的内核，是能量聚集的地方，在其通往死寂的演化过程中，不断地由内而外，以各种方式释放着这部分能量。

这是一个完全自然的过程。

人类努力通过认识这些方式和这一自然过程的每一细节来了解地球，了解我们自身的生存环境。

在这些方式中，人们认识最早的是火山喷发，因为它是那么的轰轰烈烈，有的还给人类造成了极大的危害。

20世纪70年代，海底热液活动的发现为我们打开了研究地球的另一扇窗户。

不同于火山喷发的短时与猛烈，海底热液活动在持续不断地向我们提供着地球深部信息。我们在欣喜地关注这扇窗户的同时，也发现其在徐缓地，但却不停地调整着我们的生存环境，使我们感到热液活动研究成为一种需要。

关于大洋富钴结壳的研究

什么是富钴结壳？

富钴结壳是生长在海底岩石或岩屑表面的一种结壳状自生沉积物，主要由铁锰氧化物构成，色黑似煤，质轻性脆，结构疏松，表面常布满花蕾似的瘤状体，厚度一般为几毫米至十几厘米。资料显示，富钴结壳金属钴含量可高达2%，是陆地最著名的含钴矿床中非含铜硫化物矿床含钴量的20倍。据不完全统计，仅太平洋西部火山构造隆起带上，富钴结壳矿床的潜在资源量可达10亿t，钴金属量达数百万吨，经济总价值已超过1000 亿美元。因此，大洋富钴结壳被认为是未来潜在的钴的来源。

研究意义

富钴结壳是继多金属结核矿产之后又一重要的海底矿产资源。由于其富含Co、Mn、Cu、Ni、Pt和稀土元素等有用金属，资源量大，具有很高的经济价值。一些发达国家纷纷投巨资资助大洋富钴结壳的调查和研究工作。自20世纪80年代以来富钴结壳的调查和研究大有蓬勃兴起之势。

目前，陆地上的钴资源主要是作为铜、镍金属矿床的伴生元素存在，且全球分布极不均匀。钴被称为21世纪的新金属，在现代工业中的应用领域越来越大，需求也会越来越大。就我国来说，根据1990年的统计结果，我国国内产钴量为400t，而年消耗钴的数量为1000t，大部分依靠进口。据预测我国可供开采的钴量为30。海底富钴结壳中的钴资源量很大，而且有人预言，海底富钴结壳可能要先于多金属结核进行商业开发。

除富钴结壳的巨大潜在经济价值外，富钴结壳还具有重大的科学研究价值。富钴结壳主要分布于CCD以上，OMZ 以下500~3500m的平顶海山、海台顶部和斜坡上。在太平洋，这些海山、海台普遍分布于整个热带和亚热带太平洋区域，包括莱恩群岛和基里巴斯、中太平洋海山、马绍尔群岛、土阿莫土群岛和麦哲伦海山区等。这些海山、海台和海隆大多受断裂构造的控制，起源于位于现法属玻利尼西亚的超级地幔柱爆发区，形成时代为中晚白垩纪。

富钴结壳是在一定的地质背景和古海洋背景下形成的，并且往往形成于深海海山上或深海盆地中，因而对其成矿环境和机理的研究，具有较高的科学价值，可使科学家进一步深入了解和认识地内深部物源、海山运动、海底水－岩反应、金属成矿富集过程及其中的微生物成矿作用等问题，而这些问题迄今仍未得到完善解决，是当前地学和海洋学领域的研究热点。

此外，富钴结壳作为一种水成的沉积矿产，其本身在漫长的生长过程中记录了丰富的古海洋环境信息，特别是可以弥补沉积物间断引起的古海洋环境记录缺失。因此，富钴结壳也成为地质学家研究新近纪以来古海洋学演化的主要研究对象之一。例如，利用富钴结壳研究大洋构造演化(同位素示踪)、古气候学、古海洋海水的化学和同位素特征、古环流模式(同位素示踪)、古海水化学、古季风(记录在风成碎屑颗粒中)、大陆的古侵蚀速率(同位素示踪)、热液活动史(同位素、化学示踪)、古海水ｐＨ 和温度(同位素示踪)、地外物质输入史(同位素、化学示踪) 等，目前使用的同位素示踪剂包括铍、钕、铅、铪、锇、锂、硼及铀系，化学示踪剂包括钡、钴、铂、锂和稀土等。特别是它们的形成往往与南极底层水的强盛和流经以及水道的开合密切相关，因而可用于研究南极底层水等深层水的循环及水道的开合。

可以看出，在我国开展海底富钴结壳的调查和相关的研究工作意义是明显的。由于我国在海底富钴结壳的调查和研究方面起步较晚，对它的成因机制、分布规律、约束因素等方面不是很清楚，因此，开展有关海底富钴结壳的成因及分布规律方面的研究非常必要。

研究现状

在海上调查的基础上，国内外的学者对大洋富钴结壳进行了成因、分布等方面的研究，并在多方面取得了新的认识。例如，以前认为富钴结壳的成矿物质主要来自固结的玄武岩，富钴结壳的成因只和原地的玄武岩有关，但经过对麦哲伦海山的富钴结壳化学成分分析表明，富钴结壳的稀土元素和玄武岩的稀土元素之间不存在重要的成因联系。富钴结壳的稀土元素主要来自海水，而不是玄武岩。另外，CC区多金属结核的化学分析数据表明，其铅同位素组成与东太平洋海隆的热液硫化物铅同位素组成几乎一致，说明多金属结核继承了热液硫化物的成分特点，因而初凤友等提出，洋中脊活动有可能直接向太平洋矿区提供成矿物质。这一观点正在被人们认识和接受。应该指出，这是大洋富钴结壳研究中的一个关键所在，今后必将吸引更多的人加入到此问题的讨论中来，此问题(成矿物质来源问题)的解决，有助于我国乃至世界的富钴结壳研究迈上一个新台阶。

目前，富钴结壳的研究主要集中在海山结壳的分布特征及其与海山构造和板内热点的关系、结壳成矿物质来源、基岩对铁锰结壳形成分布的影响、结壳成因机制及其古海洋学应用等领域，据此可以反演结壳的成因环境，也可进一步探讨结壳发育区古海洋环境的变迁乃至世界大洋环流模式的变化及古地理、古气候的变化，从而将结壳生长与古海洋环境乃至全球古气候变化联系起来。近年来，铁锰结壳研究已成为古海洋学和全球变化研究领域中一个非常活跃的热点课题，并且也将是今后进一步深入研究的一个重要方向。尽管当前已在海山结壳研究上取得了一定的成果和认识，然而，由于复杂的海底环境和有限的科学技术条件，在上述研究领域中仍有许多重要问题亟待解决，尤其是在结壳成因和形成机制的综合性研究及结壳的古海洋环境应用方面。其中的热点与难点主要集中在结壳成因和古海洋环境记录作用上，特别是在典型指标的提取和高分辨率古海洋环境记录的反演方面。

和富钴结壳相比PLUME问题算是个老问题。因为PLUME的研究是和现代海底热液活动连在一起的。早在1979年，RISE Project Group 就在EPR 21°N发现了PLUME。后来在东太平洋海隆、南太平洋海隆、大西洋中脊、印度洋中脊和西太平洋边缘弧后盆地地区都发现了PLUME。1996年美国在东太平洋海隆实施了专门的PLUME调查航次。该航次对一个PLUME进行了60多天的观测，获得了大量关于PLUME水体异常、PLUME形态的数据，并观测到了PLUME的旋转现象。Speer对PLUME的形态和行为进行了数值研究，并进一步讨论了PLUME的自旋现象。关于PLUME和大洋富钴结壳关系的讨论目前还很少。

南极底流在本问题中显得非常重要。Halbach(1968) 早期对南极底流有过描述，认为南极底流在萨摩亚水道向北流入中太平洋后分成两支: 一支沿海山向北；另一支沿莱恩岛链的深水道进入到东太平洋海盆，后又分为两支。由于南极底流的分支和流向的不同在中、东太平洋区造成不同的海底冲刷模式和沉积特征，这在浅地层特征和“东” “西” 两小区都有表现。我国不少学者对南极底流对沉积特征、环境影响等方面都给予了很高的关注。

另外，大洋协会组织的多个航次的大洋调查以及深水多波束技术的应用使我们国家获得了更详尽的海底地形资料，这使我国今后更精确的大洋环流模拟研究成为可能。

《现代海底热液活动》

作者：栾锡武

责编：周杰，刘文杰

北京：科学出版社，2017.6

ISBN：978-7-03-052450-8

《现代海底热液活动》介绍了近年来对洋中脊、板内火山以及弧后盆地现代海底热液活动的调查与发现，描述了现代海底热液活动区的分布特征，讨论了现代海底热液活动的热源和通道，给出了现代海底热液活动的成因模式。本书亦进行了热液柱的讨论，阐述了热液柱与大洋底层流对富钴结壳形成与分布的控制作用。

（本期责编：李文超）

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