20 世纪70年代起,世界范围的工业化呈现出迅猛的发展势头,能源消耗连年递增,陆地自然资源在人类连续过分采掘的情况下出现了日益枯竭的趋势。为此,科学家们把目光转向海洋,期望从海底找到可资利用的矿产资源。所以,从上世纪70年代起,在世界范围内掀起了海底探矿的热潮。

1977年10月,美国伍兹霍尔海洋研究所所属载人深海潜艇“阿尔文”号在进行海底探测时,在加拉帕戈斯群岛海域发现了海底热泉,在深冷的海底,海底热泉竟可以喷出温度高达几百度的热水,这引起了海洋学家们的极大的兴趣。科学家于是对海底热泉进行了持续的探测。

1979年,“阿尔文”号深海潜艇又来到距西雅图以西300 英里处的东太平洋海隆区进行海底热泉的探测。这里是胡安·德富卡板块与太平洋板块的接合处,也即太平洋洋中脊的所在地,有很多大的断裂谷地。

在 1500米以下的海底,考察人员被海底奇异的景象惊呆了:只见在平静的海底上,耸立着一个个黑色烟囱状的怪物,它们的高度一般为2-5米,呈上细下粗的圆筒状,筒状口径约15厘米,有热水以较高的速度向洞外喷出,这些喷出的热水与周围海水并不一样，它们开始时还是澄清的溶液,但喷出一段距离并与周围的海水混合后,很快就变成黑烟一样的黑水。

放眼望去,这种不断冒着黑水的“黑烟囱”首尾相接,密密麻麻地分布着。

经测定发现,“烟囱”喷出的水的温度高达350℃。而在“烟囱”附近,水温常年在30℃以上,而一般洋底的水温只有4℃。可见,这些“烟囱”是另一种形式的海底热泉。

科学家形象地将这些直立在海底、又不断地冒出烟状黑水的圆丘称为“海底黑烟囱”。

海底为什么存在这样的“海底黑烟囱”?它们又是怎么形成的呢?

这无疑引起了科学家强烈的探究欲。

经过长期的探测,科学家们终于揭开了这个谜。

原来,在洋中脊上,由于海底扩张,形成了断裂带，地底的岩浆源源不绝地沿断裂带喷涌而出,熔岩冷却成为新的海底地壳,而把古老的海床压于其下。海水在重力作用下慢慢地渗入裂缝中,在向下渗透的过程中,慢慢地被新生的大洋地壳和不断涌出的岩浆加热，变成炽热的热水,并把岩层及岩浆中的矿物质溶解出来。接着,热水在岩浆的带动下从洋中脊附近的裂缝中喷涌出海底。由于矿液与海水成分及温度上的差异,矿物质与海水作用就形成一缕缕漆黑的烟雾,而这些矿物质烟雾最终遇冷收缩沉积成烟囱状堆积物,直到通道自身被矿物结晶体堵塞才告停息。这样,就形成了景致奇异、妙趣横生的海底热泉群,有些已经“死”了,而有些还在喷着“黑烟”。

科学家探测发现,黑色烟囱上堆积的多是一些硫化物颗粒,里面含有丰富的金、铜、锌、铅、汞、锰、银等多种具有重要经济价值的金属矿产。

除此之外,科学家们还发现,烟囱周围还生存着一些生物,特别是种类繁多的蠕虫:有血红色的管状蠕虫,像一根根红色塑料管,最长的可达3米,这些管状蠕虫既无口,也无肛门,更无肠道,就靠一根管子在海底蠕动生活,它们用血红色肉芽般的触手,捕捉、滤食水中的食物。它们的体内有血红蛋白,触手中充满血液。此外,还有大得出奇的蟹,没有眼睛,但却又可以到处爬;有又大又肥的蛤,体内有红色的血液,它们长得很快,一般有碗口大。在海底黑烟囱周围还广泛存在着大量的古细菌。

在几千米深的海底,没有阳光,不能进行光合作用,没有海藻类植物,这些动物靠什么生活呢?科学家们研究认为:这里水中的营养盐极为丰富,是一般海底的300倍,比生物丰富的水域也高3-4倍。这里的海洋细菌,靠吞食热泉中丰富的硫化物而大量迅速地繁殖,然后,海洋细菌又成了蠕虫,虾蟹与蛤的食物。

基因测序发现,“黑烟囱”周围的古细菌非常原始,这些细菌极端嗜热,可以在海底2000-3000米及350℃的高温条件下生存。科学家认为,这些细菌是古老生命的孑遗,并提出了地球生命源于海底黑烟囱的假说。他们认为:黑烟囱喷出的矿液中含有CH4.CN等有机分子,为非生物有机合成物,在高温、高压条件下完全可以满足各类化学反应,有利于原始生命的形成和生存。这样的环境只有地球早期的环境才与之相类似,而地球早期的生命可能就是嗜热微生物。

目前,世界各大洋的地质调查都发现了黑烟囱的存在,并主要集中于新生的大洋地壳上。

在陆地上，科学家也找到了一些黑烟囱的残片,这些残片黑烟囱原来位于大洋的底部,沧海桑田,而变成了陆地上的东西。由于受到海水、洋流、陆上各种地质风化作用,这些黑烟囱很少能完整保存下来。但经过漫漫的“大海捞针”,科学家还是找到了一些残片。它们虽然残缺不全,但对科学研究却有很重大的意义,对提示地球生命的起源有特别重要的作用。