來自地球的恩惠

撰文｜若初

來自地球的恩惠

撰文｜若初

地球上發(fā)生的轟轟烈烈的板塊運(yùn)動(dòng)激起的地震和火山噴發(fā)，給人類造成嚴(yán)重的災(zāi)難，但也給人類帶來許多恩惠。板塊構(gòu)造作用形成無窮的礦產(chǎn)，成為促進(jìn)人類經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要資源。例如，人們?cè)?0世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)的東太平洋洋底多金屬錳結(jié)核，含有豐富的鐵、錳、鈷、鉛、銅、鎳等金屬元素；在大洋中脊頂部形成的富含多種金屬的沉積物，會(huì)隨著海底擴(kuò)張不斷產(chǎn)生，不斷向兩側(cè)推移。在大陸架、大陸坡這些大陸邊緣區(qū)，不但接受了從大陸輸送過來的豐富有機(jī)質(zhì)，而且其本身也有豐富的生物繁殖，大量的生物物質(zhì)被泥沙掩埋，就可能在天長(zhǎng)日久之后形成石油。例如，號(hào)稱“石油之?！钡牟ㄋ篂秤吞锞臀挥诠诺刂泻Ｄ暇壍拇箨戇吘墱\海區(qū)。大陸邊緣淺海區(qū)將為人類提供千億噸石油。豐富的海底礦產(chǎn)是人類的幸福之源。

海底油氣

據(jù)專家統(tǒng)計(jì)，大陸架油氣儲(chǔ)量占世界油氣總儲(chǔ)量的25%～30%，在世界陸架區(qū)的含油盆地面積達(dá)1500萬平方千米。估計(jì)海底石油地質(zhì)儲(chǔ)量為1450億噸，天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量為140萬億立方米。尤其是近30年來，全世界新增油氣田有65%以上是在近海陸架區(qū)。

我國(guó)是世界大陸架最寬闊的國(guó)家之一。目前已經(jīng)在這些海域發(fā)現(xiàn)20多個(gè)含油氣盆地，其中主要有渤海、北黃海、南黃海北部、東海陸架、珠江口、北部灣、鶯歌海等盆地。估計(jì)我國(guó)近海的油、氣總資源量分別可達(dá)255億噸和14萬億立方米。

研究表明，大陸架以外的一些較深海域的海底也有蘊(yùn)藏油氣的可能，已經(jīng)有一些國(guó)家在300~500米和超過500米的陸坡深水區(qū)以及環(huán)境惡劣的北極區(qū)進(jìn)行海洋石油勘探。

石油的生成，首先需要巨厚的富含有機(jī)物質(zhì)的沉積地層，大陸邊緣是最有利的場(chǎng)所。這里是接受沉積最好的地方，地勢(shì)低，又淹沒于水下，陸上沉積物通過河流源源不斷地輸入海中，其中絕大部分陸源物質(zhì)由于流速驟減，在重力作用下很快沉積下來。另一些微細(xì)物質(zhì)及溶解元素，由于淡水與海水兩種物理化學(xué)性質(zhì)差異較大的介質(zhì)的接觸、混合，發(fā)生反應(yīng)而沉降。這樣陸源物質(zhì)的90%以上沉積于大陸邊緣海域。大陸邊緣地帶所擁有的沉積巖總體積達(dá)1.5億立方千米，是大洋盆地區(qū)沉積巖總體積的2.5倍。這充分說明大陸邊緣地帶是全球最宏大、最重要的沉積區(qū)，也是最宏大、最重要的生油的地區(qū)。

大陸邊緣這個(gè)沉積區(qū)不但能得到大量陸源有機(jī)物質(zhì)，它本身也是生物大量繁殖的場(chǎng)所。大量生物被泥沙快速掩埋，經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代，在一定的高溫、高壓條件下和地殼變動(dòng)中，經(jīng)歷復(fù)雜的有機(jī)地球化學(xué)作用，變成了石油。

在兩億多年前，地球只有一塊大陸，后來由于板塊運(yùn)動(dòng)，使這塊大陸逐漸分裂，形成了大西洋和印度洋。在這些大洋周圍形成了許多大陸邊緣海，堆積了大量有利于生成油氣的沉積物，為人類帶來了上千億噸石油。

世界海洋油氣資源分布

錳結(jié)核

錳結(jié)核發(fā)現(xiàn)于1872-1876年，英國(guó)人駕駛著“挑戰(zhàn)者”號(hào)考察船對(duì)大西洋、印度洋和太平洋進(jìn)行環(huán)球考察，在1873年2月18日來到了加那利群島西南約300千米的海面上。當(dāng)時(shí)晴空萬里，波光粼粼，人們從海底細(xì)粒泥沙樣本中發(fā)現(xiàn)一種以前從未見過的橢圓形圓球狀硬塊，當(dāng)時(shí)有人還以為它是某種化石，以后經(jīng)過化學(xué)分析才知道它主要由錳和鐵組成，同時(shí)含有許多其他的金屬元素。由于呈不規(guī)則結(jié)核狀，故稱錳結(jié)核，也稱錳礦球或者多金屬結(jié)核。

經(jīng)過100多年的調(diào)查研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)類似的結(jié)核在海底分布相當(dāng)廣泛，除北冰洋少見外，幾乎遍布世界各大洋。更為寶貴的是，結(jié)核含有大量的金屬元素，其中最有工業(yè)價(jià)值的有銅、鈷、鎳、錳等。它們相當(dāng)于陸地銅礦儲(chǔ)量的50倍，錳礦儲(chǔ)量的200倍，鎳礦儲(chǔ)量的600倍，鈷礦儲(chǔ)量的3000倍。更令人稱奇的是，大洋底的多金屬結(jié)核至今仍在繼續(xù)生長(zhǎng)，雖然生長(zhǎng)速度很緩慢，且各地差別很大，一般每100萬年生長(zhǎng)2~30毫米，但全球大洋的增長(zhǎng)量卻很可觀，僅太平洋的錳結(jié)核每年就可增長(zhǎng)1000萬噸。

關(guān)于多金屬結(jié)核的成因，科學(xué)家進(jìn)行了艱苦細(xì)致的探索，提出了許多假說和推論，比如自生化學(xué)沉積、膠體化學(xué)成因、生物成因、火山作用、綜合成因、海底熱液成因等。無論錳結(jié)核是怎么形成的，其物質(zhì)成分的來源大體可以推定，無非是來自天上、地下和巖土。天上來的有大陸風(fēng)塵和宇宙塵；地下來的有海底熱液和火山噴發(fā)；巖土指的是陸地、島嶼和海底的巖石、泥土等。大多數(shù)錳結(jié)核都是分布在5000~6000米的海底，密集的地方猶如鋪路的礫石?？茖W(xué)家認(rèn)為，有關(guān)錳結(jié)核的未解之謎還不少，有待于人們?nèi)テ平狻?/p>

水下機(jī)器人抓取錳結(jié)核

錳結(jié)核

熱液硫化物礦床

1979年的一天，在加利福尼亞灣外太平洋海隆北緯21°左右，美國(guó)科學(xué)家比肖夫博士等人乘“阿爾文”號(hào)潛水器向深海下潛，當(dāng)下潛到2500米接近海底時(shí)，看到一幅十分奇異的景象：蒸汽騰騰、煙霧繚繞，好像“海底工廠”一樣，再一看，又發(fā)現(xiàn)其間生活著大量各類生物，又像生物樂園。繼續(xù)調(diào)查，海底冒出的煙顏色還不一樣，不僅有黑煙，還有白煙，還有清淡的“輕煙”，這就是海底熱液噴口，那些“煙囪”就是噴口沉淀形成的產(chǎn)物。

這些熱液的形成是十分有趣的。地球上有10多個(gè)“大洋板塊”，它們幾乎是持續(xù)不斷地發(fā)生著構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。海底擴(kuò)張中脊是離散型板塊邊界，它們每年以數(shù)厘米的擴(kuò)張速率連續(xù)形成新的洋殼。這片新洋殼成了深層熱液通道。海水通過收縮裂隙和構(gòu)造誘發(fā)斷裂從海底向下和兩側(cè)滲透，形成局部循環(huán)對(duì)流系統(tǒng)。海水循環(huán)對(duì)流穿過海底時(shí)，與下部巖漿接觸并被巖漿加熱，在這個(gè)過程中形成酸性的、具有強(qiáng)溶蝕能力的高溫?zé)崴?，在?duì)流循環(huán)的上涌過程中溶離出大量金屬元素，并以熱液或蒸汽的狀態(tài)噴溢于海水中，這就是“煙”的由來。噴溢口海水中含硫化物沉淀而變?yōu)椤昂谏珶熿F”就是黑煙囪；熱液中含硅質(zhì)的白色沉淀物為白煙囪。噴溢口的溫度很高，在300℃~350℃之間，但由于海水壓力過大不能沸騰。

當(dāng)熱液從噴口噴涌而出后，由于物理化學(xué)條件的改變，在海底沉淀，尤其是在噴溢口周圍連續(xù)沉淀，不斷加高，形成一種煙囪狀熱液活動(dòng)產(chǎn)物。這些煙囪高低粗細(xì)各不相等，一般高幾米至幾十米，有的僅能形成小丘，有的卻能有百米之高。

科學(xué)家對(duì)這些海底熱液活動(dòng)的產(chǎn)物進(jìn)行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)它們含有十分珍貴的礦物元素。雖然由于熱液活動(dòng)產(chǎn)物類型、取樣部位不同，其所含金屬礦物元素的種類含量各有差異，但其巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值是不言而喻的。尤其是其中的黑煙囪類多金屬塊狀硫化物，除了含有大量銅、鋅、錳、鐵、鈷、鎳外，還富含金、銀、鉑等貴重金屬。因此，有人稱黑煙囪為“海底金庫(kù)”。更為可喜的是，它們堆積成礦速率很快，形成時(shí)間短，硫化物每5天就可以堆積40厘米。在東太平洋厄瓜多爾附近的加拉帕戈斯斷裂帶中，硫化物礦床形成時(shí)間僅有100年，真可謂是海底的“礦床制造廠”。

更不可思議的是，海底熱液活動(dòng)的黑煙囪及附近海域發(fā)現(xiàn)大量的生物，除了魚、蝦、蟹等動(dòng)物，還有附著于海底巖石上的藤壺、蛤以及多種植物。在4000米深的深海，海水的壓力非常巨大，一個(gè)成人承受的壓力，相當(dāng)于20個(gè)火車頭的重量，而且熱液噴口附近的溫度是高溫區(qū)，為什么在如此嚴(yán)酷的環(huán)境中居然生活著如此繁茂的生物？到現(xiàn)在為止仍然沒有一個(gè)確切的答案。

看來，奇特的海底熱液活動(dòng)不僅為人類提供了大量珍貴的可供開發(fā)利用的礦產(chǎn)和生物資源，而且還有探索生命起源的科學(xué)研究?jī)r(jià)值。

熱液硫化物礦床

海底黑煙囪