来自地球的恩惠

撰文｜若初

来自地球的恩惠

撰文｜若初

地球上发生的轰轰烈烈的板块运动激起的地震和火山喷发，给人类造成严重的灾难，但也给人类带来许多恩惠。板块构造作用形成无穷的矿产，成为促进人类经济发展的重要资源。例如，人们在20世纪60年代发现的东太平洋洋底多金属锰结核，含有丰富的铁、锰、钴、铅、铜、镍等金属元素；在大洋中脊顶部形成的富含多种金属的沉积物，会随着海底扩张不断产生，不断向两侧推移。在大陆架、大陆坡这些大陆边缘区，不但接受了从大陆输送过来的丰富有机质，而且其本身也有丰富的生物繁殖，大量的生物物质被泥沙掩埋，就可能在天长日久之后形成石油。例如，号称“石油之海”的波斯湾油田就位于古地中海南缘的大陆边缘浅海区。大陆边缘浅海区将为人类提供千亿吨石油。丰富的海底矿产是人类的幸福之源。

海底油气

据专家统计，大陆架油气储量占世界油气总储量的25%～30%，在世界陆架区的含油盆地面积达1500万平方千米。估计海底石油地质储量为1450亿吨，天然气地质储量为140万亿立方米。尤其是近30年来，全世界新增油气田有65%以上是在近海陆架区。

我国是世界大陆架最宽阔的国家之一。目前已经在这些海域发现20多个含油气盆地，其中主要有渤海、北黄海、南黄海北部、东海陆架、珠江口、北部湾、莺歌海等盆地。估计我国近海的油、气总资源量分别可达255亿吨和14万亿立方米。

研究表明，大陆架以外的一些较深海域的海底也有蕴藏油气的可能，已经有一些国家在300~500米和超过500米的陆坡深水区以及环境恶劣的北极区进行海洋石油勘探。

石油的生成，首先需要巨厚的富含有机物质的沉积地层，大陆边缘是最有利的场所。这里是接受沉积最好的地方，地势低，又淹没于水下，陆上沉积物通过河流源源不断地输入海中，其中绝大部分陆源物质由于流速骤减，在重力作用下很快沉积下来。另一些微细物质及溶解元素，由于淡水与海水两种物理化学性质差异较大的介质的接触、混合，发生反应而沉降。这样陆源物质的90%以上沉积于大陆边缘海域。大陆边缘地带所拥有的沉积岩总体积达1.5亿立方千米，是大洋盆地区沉积岩总体积的2.5倍。这充分说明大陆边缘地带是全球最宏大、最重要的沉积区，也是最宏大、最重要的生油的地区。

大陆边缘这个沉积区不但能得到大量陆源有机物质，它本身也是生物大量繁殖的场所。大量生物被泥沙快速掩埋，经过漫长的地质年代，在一定的高温、高压条件下和地壳变动中，经历复杂的有机地球化学作用，变成了石油。

在两亿多年前，地球只有一块大陆，后来由于板块运动，使这块大陆逐渐分裂，形成了大西洋和印度洋。在这些大洋周围形成了许多大陆边缘海，堆积了大量有利于生成油气的沉积物，为人类带来了上千亿吨石油。

世界海洋油气资源分布

锰结核

锰结核发现于1872-1876年，英国人驾驶着“挑战者”号考察船对大西洋、印度洋和太平洋进行环球考察，在1873年2月18日来到了加那利群岛西南约300千米的海面上。当时晴空万里，波光粼粼，人们从海底细粒泥沙样本中发现一种以前从未见过的椭圆形圆球状硬块，当时有人还以为它是某种化石，以后经过化学分析才知道它主要由锰和铁组成，同时含有许多其他的金属元素。由于呈不规则结核状，故称锰结核，也称锰矿球或者多金属结核。

经过100多年的调查研究，科学家发现类似的结核在海底分布相当广泛，除北冰洋少见外，几乎遍布世界各大洋。更为宝贵的是，结核含有大量的金属元素，其中最有工业价值的有铜、钴、镍、锰等。它们相当于陆地铜矿储量的50倍，锰矿储量的200倍，镍矿储量的600倍，钴矿储量的3000倍。更令人称奇的是，大洋底的多金属结核至今仍在继续生长，虽然生长速度很缓慢，且各地差别很大，一般每100万年生长2~30毫米，但全球大洋的增长量却很可观，仅太平洋的锰结核每年就可增长1000万吨。

关于多金属结核的成因，科学家进行了艰苦细致的探索，提出了许多假说和推论，比如自生化学沉积、胶体化学成因、生物成因、火山作用、综合成因、海底热液成因等。无论锰结核是怎么形成的，其物质成分的来源大体可以推定，无非是来自天上、地下和岩土。天上来的有大陆风尘和宇宙尘；地下来的有海底热液和火山喷发；岩土指的是陆地、岛屿和海底的岩石、泥土等。大多数锰结核都是分布在5000~6000米的海底，密集的地方犹如铺路的砾石。科学家认为，有关锰结核的未解之谜还不少，有待于人们去破解。

水下机器人抓取锰结核

锰结核

热液硫化物矿床

1979年的一天，在加利福尼亚湾外太平洋海隆北纬21°左右，美国科学家比肖夫博士等人乘“阿尔文”号潜水器向深海下潜，当下潜到2500米接近海底时，看到一幅十分奇异的景象：蒸汽腾腾、烟雾缭绕，好像“海底工厂”一样，再一看，又发现其间生活着大量各类生物，又像生物乐园。继续调查，海底冒出的烟颜色还不一样，不仅有黑烟，还有白烟，还有清淡的“轻烟”，这就是海底热液喷口，那些“烟囱”就是喷口沉淀形成的产物。

这些热液的形成是十分有趣的。地球上有10多个“大洋板块”，它们几乎是持续不断地发生着构造运动。海底扩张中脊是离散型板块边界，它们每年以数厘米的扩张速率连续形成新的洋壳。这片新洋壳成了深层热液通道。海水通过收缩裂隙和构造诱发断裂从海底向下和两侧渗透，形成局部循环对流系统。海水循环对流穿过海底时，与下部岩浆接触并被岩浆加热，在这个过程中形成酸性的、具有强溶蚀能力的高温热水，在对流循环的上涌过程中溶离出大量金属元素，并以热液或蒸汽的状态喷溢于海水中，这就是“烟”的由来。喷溢口海水中含硫化物沉淀而变为“黑色烟雾”就是黑烟囱；热液中含硅质的白色沉淀物为白烟囱。喷溢口的温度很高，在300℃~350℃之间，但由于海水压力过大不能沸腾。

当热液从喷口喷涌而出后，由于物理化学条件的改变，在海底沉淀，尤其是在喷溢口周围连续沉淀，不断加高，形成一种烟囱状热液活动产物。这些烟囱高低粗细各不相等，一般高几米至几十米，有的仅能形成小丘，有的却能有百米之高。

科学家对这些海底热液活动的产物进行了大量的研究，发现它们含有十分珍贵的矿物元素。虽然由于热液活动产物类型、取样部位不同，其所含金属矿物元素的种类含量各有差异，但其巨大的经济价值是不言而喻的。尤其是其中的黑烟囱类多金属块状硫化物，除了含有大量铜、锌、锰、铁、钴、镍外，还富含金、银、铂等贵重金属。因此，有人称黑烟囱为“海底金库”。更为可喜的是，它们堆积成矿速率很快，形成时间短，硫化物每5天就可以堆积40厘米。在东太平洋厄瓜多尔附近的加拉帕戈斯断裂带中，硫化物矿床形成时间仅有100年，真可谓是海底的“矿床制造厂”。

更不可思议的是，海底热液活动的黑烟囱及附近海域发现大量的生物，除了鱼、虾、蟹等动物，还有附着于海底岩石上的藤壶、蛤以及多种植物。在4000米深的深海，海水的压力非常巨大，一个成人承受的压力，相当于20个火车头的重量，而且热液喷口附近的温度是高温区，为什么在如此严酷的环境中居然生活着如此繁茂的生物？到现在为止仍然没有一个确切的答案。

看来，奇特的海底热液活动不仅为人类提供了大量珍贵的可供开发利用的矿产和生物资源，而且还有探索生命起源的科学研究价值。

热液硫化物矿床

海底黑烟囱