12月23日，“蛟龍”號載人潛水器在西南印度洋下潛，這是中國載人潛水器首次下潛到西南印度洋海底熱液區(qū)作業(yè)。什么是海底熱液區(qū)？海底熱液區(qū)有何價(jià)值？海底熱液區(qū)有生物嗎？

■王自堃 梁菲

海底熱液區(qū)

　　海底熱液活動是指海水從地殼裂隙滲入地下，被熔巖（巖漿）加熱后，從地下噴出的過程。迄今為止，人類已發(fā)現(xiàn)數(shù)百個(gè)海底熱液區(qū)。2007年，我國科研人員首次在西南印度洋發(fā)現(xiàn)了新的海底熱液區(qū)。截至目前，我國已發(fā)現(xiàn)幾十個(gè)熱液區(qū)。
　　2011年，中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會與國際海底管理局簽訂國際海底多金屬硫化物礦區(qū)勘探合同，合同期為15年。合同區(qū)位于西南印度洋洋脊，面積1萬平方公里，限定在長度990公里、寬度290公里的長方形范圍內(nèi)。這是中國獲得的第二塊具有專屬勘探權(quán)和商業(yè)開采優(yōu)先權(quán)的國際海底合同礦區(qū)。
　　今年5月，“大洋一號”科學(xué)考察船完成了對我國西南印度洋合同區(qū)的首個(gè)勘探航次。科考隊(duì)員在合同區(qū)新發(fā)現(xiàn)了11個(gè)海底熱液區(qū)，在大洋中脊發(fā)現(xiàn)的海底熱液區(qū)達(dá)到44個(gè)，其中合同區(qū)海底熱液區(qū)發(fā)現(xiàn)總數(shù)達(dá)到18個(gè)。
　　2014年~2015年，“蛟龍”號試驗(yàn)性應(yīng)用航次第二、三航段將在西南印度洋進(jìn)行為期120天的科考。“蛟龍”號第87次下潛通過近底觀測與取樣作業(yè)，確認(rèn)了大范圍的海底熱液區(qū)，觀測到熱液噴溢口，初步判斷為玄武巖基底熱液區(qū)，并通過溫度探頭探測到熱液口溫度，通過熱液保壓取樣器取到熱液流體，拍攝到大量熱液區(qū)海底視像資料。

海底熱液區(qū)的 礦藏

　　熱液活動區(qū)猶如一個(gè)熱泉口，熱液噴口溫度高達(dá)350℃~400℃，周圍巖層中的金、銀、銅、鋅、鉛等金屬也會隨之噴出，并經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)形成硫化物沉積在附近的海底，形成煙囪狀黑色巖石構(gòu)造，俗稱“黑煙囪”。熱液硫化物富含銅、鋅、鉛等金屬，特別是富含貴金屬（金、銀），具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，近年來引起了國際采礦業(yè)的興趣，是日益受到國際社會關(guān)注的一種海底礦藏。
　　熱液硫化物多數(shù)礦點(diǎn)分布于東太平洋、東南太平洋和東北太平洋。大西洋中脊和印度洋中脊的已知硫化物礦點(diǎn)較少，主要原因是在這些地區(qū)內(nèi)進(jìn)行的勘探活動有限。全世界共有6萬公里的海脊，經(jīng)過勘察的只有5%左右。
　　“蛟龍”號此次赴我國西南印度洋多金屬硫化物資源勘探區(qū)進(jìn)行科學(xué)考察，是“蛟龍”號科考史上距離最遠(yuǎn)、航行時(shí)間最長、搭載設(shè)備最多的一次。此次科考將逐步完善與勘察熱液區(qū)配套的作業(yè)規(guī)程。

多金屬硫化物 分布狀況、開發(fā)現(xiàn)狀與前景

　　多金屬硫化物是由富含鐵、銅、鉛、鋅等金屬的熱液在海底沉積而成，在西南印度洋分布較廣泛。20世紀(jì)80年代中期，科學(xué)家在西南太平洋又發(fā)現(xiàn)了一些硫化物礦床，位置是在大洋邊緣，大陸和火山島弧之間的海底、海盆和海脊形成的地方。這些發(fā)現(xiàn)引發(fā)了人類對西太平洋和西南太平洋邊緣海盆的大規(guī)模勘探。后來，科考工作者在澳大利亞東部的勞海盆、北斐濟(jì)海盆和日本西南的沖繩海槽又發(fā)現(xiàn)了其他礦床。1991年，科學(xué)家在新喀里多尼亞北部的馬努斯海盆等地發(fā)現(xiàn)大量與長石火山活動有關(guān)的碌化物礦床，在伍德拉克海盆附近也發(fā)現(xiàn)了熱液礦床，其海底擴(kuò)張延伸到巴布亞新幾內(nèi)亞以東的大陸地殼。目前，全球已知的100多個(gè)熱液礦化點(diǎn)，至少25處有高溫黑煙囪噴口。
　　科學(xué)家在對海底硫化物做了近1300項(xiàng)化學(xué)分析比較后發(fā)現(xiàn)，位于不同的火山和構(gòu)造環(huán)境的礦床有不同的金屬比例。與缺少沉積物的洋中脊樣品相比，在玄武巖至安山巖環(huán)境生成的塊狀硫化物（573個(gè)樣品）中平均含量較高的金屬有鋅（17%）、鉛（0.4%）和鋇（13%），鐵含量不高。大陸地殼后弧裂谷的多金屬硫化物（40個(gè)樣品）的含鐵量也很低，但通常富含鋅（20%）和鉛（12%），含銀量高（1.1%，或2304克/噸）。
　　海底最大的已知硫化物礦床為紅海的阿特蘭蒂斯II海淵，比東太平洋海隆的第一個(gè)黑煙囪早發(fā)現(xiàn)十多年。阿特蘭蒂斯II海淵的礦化物主要是金屬軟泥，不是塊狀硫化物。對面積40平方公里的礦床所作的詳細(xì)評價(jià)顯示，礦床有9400萬噸的貧鉛銀礦石，其中含鋅2%、銅0.5%、銀39克/噸和金0.5克/噸，貴金屬的總含量約為銀4000噸和金50噸。在2000米深處試驗(yàn)采礦證明，該礦床可以成功開采。
　　海底勘探需要多用途科研船，使用先進(jìn)技術(shù)，例如深海測繪設(shè)備、載人潛水器或遙控船只、攝影和錄像系統(tǒng)以及采樣和鉆探裝置。海底塊狀硫化物的開采可能集中于小塊海底區(qū)域，并主要限于表層（剝采）和淺次表層（挖采），以便回收海底的硫化物丘和煙囪場以及其下的網(wǎng)狀脈區(qū)中的交代礦體。
　　目前，全世界的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和政府機(jī)構(gòu)正在對多金屬硫化物礦床及其有關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)研究。

生活在熱液區(qū)的生物

　　深海底生物物種豐富,熱液噴口周圍活躍著許多的生物群落，包括管狀蠕蟲、貽貝、蛤、蝦以及廣泛存在的微生物。科學(xué)家在這些有多樣化生物群落的熱液噴口區(qū)，已發(fā)現(xiàn)約500種前所未知的動物物種。
　　熱液噴口區(qū)的生物在高壓、劇變的溫度梯度和高濃度的有毒物質(zhì)包圍下，形成了極為獨(dú)特的生物結(jié)構(gòu)、代謝機(jī)制，體內(nèi)產(chǎn)生了特殊的生物活性物質(zhì)，例如嗜堿、耐壓、嗜熱、嗜冷、抗毒的各種極端酶。這些特殊的生物活性物質(zhì)功能各異，是深海底生物資源中最具應(yīng)用價(jià)值的部分。可以預(yù)料，深海底生物資源在工業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保等領(lǐng)域都將有廣泛的應(yīng)用。目前，國際上深海生物基因資源的應(yīng)用已經(jīng)帶來數(shù)十億美元的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
　　“蛟龍”號本次下潛獲取貽貝、螺、海葵、茗荷、蟹及多毛類、珊瑚等大量熱液區(qū)及附近區(qū)域生物，為該熱液區(qū)生物群落的研究提供了全新資料，同時(shí)對認(rèn)識全球熱液生物的地理分布具有重要意義。

大洋第35航次第二、三航段任務(wù)及目標(biāo)

　　“向陽紅09”船于2014年11月25日搭載“蛟龍”號赴西南印度洋中國大洋協(xié)會多金屬硫化物勘探合同區(qū)開展資源、生物多樣性考察和環(huán)境調(diào)查與評價(jià)工作，預(yù)計(jì)2015年3月19日返回青島，共計(jì)120天。“蛟龍”號將執(zhí)行兩個(gè)航段任務(wù)，每個(gè)航段計(jì)劃下潛10次（機(jī)動1次），共計(jì)20次。
　　大洋第35航次第二、三航段的主要任務(wù)為：圍繞西南印度洋合同區(qū)，開展熱液噴口區(qū)海底微地形地貌調(diào)查、地質(zhì)和熱液噴口流體取樣作業(yè)、熱液羽狀流調(diào)查、熱液區(qū)原位環(huán)境參數(shù)測量、熱液區(qū)生物視像調(diào)查、微生物和巨型底棲生物取樣、熱液生物卵取樣、生物基因資源勘探研究等工作。
　　兩個(gè)航段目標(biāo)為：利用“蛟龍”號載人潛水器在西南印度洋脊等海域開展下潛作業(yè)，發(fā)揮“蛟龍”號近底高精度取樣和測量的獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢，以多金屬硫化物資源調(diào)查為主，兼顧生物、環(huán)境等基礎(chǔ)科學(xué)調(diào)查，為我國大洋資源評估和深海科學(xué)研究提供第一手資料和樣品；進(jìn)一步提高“蛟龍”號技術(shù)性能和作業(yè)能力，完善作業(yè)規(guī)程，培養(yǎng)鍛煉業(yè)務(wù)化運(yùn)行所需的工程保障隊(duì)伍和科學(xué)家隊(duì)伍；進(jìn)一步探索大型深海裝備的開放、共享等管理應(yīng)用機(jī)制。