海底山脉

喜欢旅行的朋友大多对山脉相当熟悉，那壮美的景观及其独特的生态系统，给无数旅行者留下了难以磨灭的印象。如果要举几个山脉的例子，很多人可能会想到安第斯、喜马拉雅和阿尔卑斯等大名鼎鼎的陆地山脉。可你是否知道，在占据地球表面70%以上的海洋里也有山脉，甚至是更加巨大的山脉系统？

　　那就是大洋中脊。

　　特殊的地质结构

　　自古以来，人类就知道陆地上有山脉；而意识到海底也有山脉只不过100多年的时间。

　　大洋中脊的发现，可以追溯到1872年英国“挑战者”号的全球调查。利用测深锤，“挑战者”号上的科学家发现大西洋中部有一巨大的隆起。1925～1927年，在德国“流星”号考察期间，科学家利用声学回声测深法再次确认了这条山脉的存在。他们还发现，这条位于大西洋底的山脉竟然通过好望角，延伸到了印度洋。

　　在接下来的几十年间，印度洋中脊和东太平洋中脊也陆续被发现。“二战”后，船载声学设备的发展极大促进了人们对大洋中脊的研究。到20世纪50年代初期，地质学家已经知道地球上每个大洋的洋底都有山脉，并且这些山脉连成一个巨大的海底山脉系统。

　　大洋中脊在科学上有着很重大的意义，它的发现使得整个地球科学发生了革命性的变化，人类对地球的认识也向前迈出了一大步。正是因为大洋中脊的发现，让魏格纳的大陆漂移学说开始得到重视，诞生了海底扩张学说，并进一步发展成现在被人们普遍接受的板块运动理论。

　　大洋中脊既是海洋深处的巨大山脉，又是新的海洋洋壳生成的地方。大洋中脊的中轴线上坐落着众多的“火山口”。在那里，灼热的岩浆由地幔向上涌，逐渐冷却，结合周围已软化的岩石，形成新的洋壳。新生成的洋壳挤压大洋中脊两边已有的地壳，不断向外扩张，并最终在板块的交界边缘俯冲回地幔去。因此，洋壳在大洋中脊出生，在板块与板块的撞击中消亡。在过去的几十亿年里，大洋洋壳就这样循环往复，生生不息。

　　研究发现，大洋中脊相对其中轴线几乎是对称的。从中轴线往外，水深逐渐增加。比如大西洋中脊的中轴线处水深大约为2500米，但其外沿的水深则有5000多米。究其原因，中轴线处的洋壳刚刚形成，温度最高，因此其密度较小，所以也就升得最高。在几百万年的地质时间尺度上，中轴线处的洋壳往外移动，其温度逐渐降低，密度增加，随之也就慢慢沉了下去。于是，这些高大的海底山脉就形成了。有时，这些山脉还会露出海面形成岛屿，其中最著名的便是冰岛。

　　虽然同为巨大的山脉，但是海底山脉和陆地山脉的生成机制不同。陆地山脉大多是由于板块相互挤压形成，大洋中脊则是新的海洋洋壳生成的地方。因此，大洋中脊和大家常见的陆地山脉看上去相去甚远。大多数大洋中脊的中轴线处存在一被称为中央裂谷的特殊结构，形态类似山谷。正因为有这种结构，大洋中脊就像是被从中轴线处劈了开来一样。不过，不同的大洋中脊，其中央裂谷的形态也不同。比如，大西洋中脊的中央裂谷非常巨大，大概有25～30千米宽，且有1000～2000米深；而位于东太平洋隆起的中央裂谷只有不到1000米宽，深度也不到100米。这些差别主要是由于不同大洋中脊处新生成地壳的扩张速度不同。扩张速度快（大于5厘米/年）的大洋中脊会呈现出如东太平洋隆起样的结构，扩张速度慢的（小于5厘米/年）则更像大西洋中脊。

　　丰富的矿藏

　　大洋中脊处还存在着另一种特殊的结构——热液出口。简单来说，热液出口就是海底冒热水的地方，跟陆地上的温泉类似；不过，那里有着壮观的“烟囱”和奇异的生物群落。

　　早在20世纪60年代，受陆地上火山多发区存在着热液系统的启发，有科学家预测，类似的热液系统也存在于同属于火山多发区的大洋中脊区。

　　冰岛，作为大西洋中脊的一部分，其上众多的温泉和间歇泉也表明洋底的大洋中脊很可能存在着众多的热液系统。直到1976年，海洋地质学家在研究东太平洋的加拉帕戈斯群岛的大洋中脊时，才第一次获得了大洋中脊处存在热液系统的直接证据。

　　热液系统的发现使人们对于海洋的认识前进了一大步，为一些重要的科学问题，如海水中各种化学元素的供给和消耗以及生命起源等，提供了新的答案。

　　那么，热液系统是如何生成的呢？根据海水的走向，热液系统可以简化为两个部分——海水下沉区和海水上升区。大部分的洋底属于海水下沉区。在那里，冰冷的海水顺着海底岩石的缝隙进入洋壳深部。大洋中脊附近的热液出口则是上升区。在大洋中脊附近，海水接触到被岩浆灼热的岩石后发生反应，变成高温高压富含矿物质的水，然后上涌，喷出洋壳顶部。虽然高温的热液出口大多分布在大洋中脊的中轴线附近；但是，参与整个热液环流的区域则可能占到整个洋盆的1/3。每1000万年，海洋中所有的约14亿立方千米海水就会通过热液系统循环一遍。与之相伴的海水与灼热的玄武岩之间的化学元素交换，对于海水的化学成分有着决定性的影响。可以说，没有热液系统，今天的海洋就不会是现在这个样子了。

　　热液喷出后，会遇到周围冰冷的海水。冷却过程中，热液中富含的矿物质会析出，并且就近沉淀在喷出口四周，日积月累下来，就形成了一个个高高低低的像烟囱般的喷口。“烟囱”喷出来的热液如果温度很高且富含金属离子和硫离子，那么当热液与冷的海水混合时，黑色的金属硫化物会迅速沉淀下来，形成“浓烟滚滚”的“黑烟囱”；也有一些小的“烟囱”喷出的热液温度稍低、流速较小且其中含有较多的硅离子和钙离子，就会成为冒出二氧化硅和石膏的“白烟囱”。

　　大家都知道，海洋中蕴藏着丰富的矿产资源。那么，这些矿产资源是怎么产生的呢？其实，这些矿产资源的来源大都跟热液系统有关。

　　海洋中最重要的矿产之一是海底块状硫化物，它就是热液冷却时析出的金属硫化物。这些金属硫化物含有丰富的钴、铜、金、锌和银等金属。不过，由于其被发现的时间很短，缺乏观测数据，人们现在并不清楚海底块状硫化物矿床的储量到底有多少。