2003年2月23日,中國科學家經過長期不懈的野外「追蹤」,終於在世界上首次發現完整的古海底「黑煙囪」,這些億萬年前生長在海底的「黑煙囪」不僅能噴「金」吐「銀」、形成海底礦藏,而且很可能和生命起源有關。
現代海底黑煙囪及其硫化物礦產的發現,是全球海洋地質調查近10年中取得的最重要的科學成就之一,因其和海底成礦、生命起源等重大問題有關而成為國際科學前沿。但因現代「黑煙囪」分佈在海底,僅有美、德、法、加、日等少數國家有能力開展研究。科學家於是將目光投向了陸地上的「黑煙囪」化石,但迄今僅在俄羅斯、愛爾蘭發現3億至4億年前的「黑煙囪」殘片。
繼兩年前發現古老大洋地殼殘片後,2002年長期在野外奔波的北京大學李江海課題小組首先在山西五台山地區發現了古海底「黑煙囪」殘片,當年10月終於又在河北興隆發現了保存完整的古老「黑煙囪」,初步判斷其地質年齡約有14.3億「歲」。
專家描述道:14億多年前,華北地區仍是一片汪洋大海,河北興隆一帶正處於大陸裂谷最深的海底上。在海水循環加熱後,這些兩到三厘米高的「黑煙囪」成為黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦等地殼內部礦物質噴湧而出的通道,「黑煙囪」周圍聚集了蓬勃的微生物群落。
課題組正和英、美等國科學家合作,圍繞「黑煙囪」開展微生物化石研究,探索極端條件下的生命活動,以進一步探索地球早期生命起源。
何為海底「黑煙囪」
1979年,美國的「阿爾文」號載人深潛器在2610米至1650米的東太平洋海底熔岩上,發現數十個冒著黑色和白色煙霧的「煙囪」,附近出現大規模的硫化物堆積丘體。從直徑約15厘米的「煙囪」中,約350攝氏度的含礦熱液以每秒幾米的速度噴出。礦液剛噴出時為澄清溶液,與周圍海水混合後,很快產生沉澱變為「黑煙」,沉澱物主要由磁黃鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦及其他銅鐵硫化物組成。這些海底硫化物堆積形成直立的柱體及圓丘,被形象地稱為「黑煙囪」。這已成為20世紀海洋科學領域最重大發現之一。
古海底「黑煙囪」緣何引起關注順籐摸「瓜」
2001年，在河北遵化發現25億年前的古大洋岩石記錄後，可能是生命起源地的硫化物「黑煙囪」逐漸進入北京大學地質系李江海教授的視野。這些「黑煙囪」位於大洋深處的中脊或裂谷地帶，近20年來正逐漸成為海洋研究和地質科學的「顯學」。
硫化物是「黑煙囪」可能存在的標誌。最初，研究組在一種古大洋岩石——枕狀熔岩中識別出了硫化物，但規模很校多年的研究積累，使他們想起山西五台山地區保留著25億年前形成的大規模硫化物礦床。
2002年6月，研究組迅速開赴五台山，詳細檢查20餘處硫化物礦點，終於在其中2個礦點發現了大量相關的礦石標本。經過分析測試礦石的成分、構造，這些礦石被確認為25億年前的古海底「黑煙囪」殘片。它們記錄了不同深度古海底的礦液活動過程。
2002年8月，李江海和美國聖路易斯大學的庫斯克教授、加拿大溫莎大學的樸羅特教授共同對上述地點進行深入研究，兩位國際同行完全同意李江海的觀點，並展開國際合作。其後，李江海在國內一些專業會議上向同行專家通報了發現，引起熱烈反響。許多學者表示，這是一個跨學科的研究領域，值得繼續探索。
飛車驚魂
同行的認可給課題組增添了信心。然而，現有的古海底「黑煙囪」都是殘片，億萬年裡複雜的地質運動使人們迄今還未發現過完整的古海底「黑煙囪」。
科學家並不甘心。此時，另一個地點引起了他們的注意：河北東部的興隆縣也蘊藏著大規模的硫化物礦藏。課題組迅速制定野外工作計劃，2002年11月，他們頂風冒雪深入礦山深處進行地質考察，採集了300多塊硫化物礦石標本。
每天晚上，課題組成員都討論到很晚，仔細對岩石標本編號和記錄，進行詳細的鑒定和描述。然而，意想不到的事情發生了。有一天，在攀緣山路的途中，考察車手閘突然失靈。汽車在陡峭的山坡上飛也似地向後退。車內坐著兩位課題組的成員！
正在車外觀察路線的李江海和司機試圖搬石頭擋住汽車，然而已經來不及了。汽車從身邊呼嘯而過，直衝溝底，兩旁行人四處逃散。只聽一聲巨響，汽車後蓋撞在了3棵白楊樹上，3個車輪懸空，另一個靠在一座小石橋上。
課題組動員附近30多位村民，折騰了一個下午才把汽車挪到路上。慶幸的是，人員沒有大礙，然而野外考察只好暫告結束。
刀落「石」出
將礦石標本帶回北大後，課題組迅速展開各種研究、測試，探究礦石的成分與構造。一塊塊礦石、一個個標本使科學家的注意力，最終「聚焦」在幾塊表面佈滿多個圓錐、圓柱型構造的礦石上。
這些礦石標本具備典型海底「黑煙囪」的形態，大小尺寸也與在俄羅斯、愛爾蘭報道過的古海底「黑煙囪」標本相近。但是，礦石內部究竟蘊藏著怎樣的奧秘？誰也無法打保票。
伴隨著自動切割機的旋轉，礦石被小心翼翼地切開。當清洗掉切面上的礦砂後，人們驚奇地發現：礦石內部保留了完美的礦液提升構造和礦物生長的晶體。拋光後的切面閃爍著金屬般的光澤。
「這就是黑煙囪１礦石切片使一塊在常人看來普普通通的礦石展露出了海底「黑煙囪」的本來面目。興奮之餘，李江海也不無感歎，原本完整的礦石已從不同角度切成了很多碎片。
隨後，科學家用不同儀器對岩石標本進行各種測試，包括礦物成分、顯微結構等等。實驗常常進行到深夜，實驗數據和圖像連續刻了10多張光盤。
時猶未晚
早在20世紀70年代末，古海底「黑煙囪」發現之初，各國科學家就開始思考：既然大洋深處難以接近，而且成本高昂，那麼能否在陸地上找到保留下來的古海底「黑煙囪」？
首先想到湖泊的國外科學家很快在貝加爾湖、肯尼亞東非裂谷湖泊中，發現湖底的「黑煙囪」和噴口周圍的生物活動。許多地質學們則猜測，板塊碰撞可將原先的大洋地殼擠壓變形後保留在陸地上，原來在海底形成的硫化物礦床中應該保留「黑煙囪」。
於是，科學家們在世界各地的古大洋岩石、古海底地層中尋找硫化物「黑煙囪」。英國科學家首先在愛爾蘭發現了4億多年前形成的「黑煙囪」殘片。隨後，英國人又和俄羅斯科學家一起在烏拉爾山脈發現許多3億到4億年前的硫化物「黑煙囪」構造。遺憾的是，這些「黑煙囪」並不完整。
華北大陸是我國最古老的大陸，這次發現的古海底硫化物「黑煙囪」年齡達14.3億「歲」，不僅時代最古老，而且其形態保存完整，對於研究礦產成因、探索生命活動均有重要科學價值。
李江海認為，在地球科學的發展史上，新技術也會不斷得到應用，新發現會不斷產生。「非常高興，我們能找到完整的『黑煙囪』，並在此基礎上開展生命起源及海底流體活動的研究。儘管這一發現比發達國家晚了約20年，但我們還有機會。」
這一成果以封面文章的方式刊登在近日出版的《岩石學報》上，這一雜誌是惟一入選SCI(美國《科學論文索引》)期刊源的中文地質學刊物。