作为一名海洋学家，在海上航行算是家常便饭。虽然每次的航行都会遇到新奇的事物，见到非凡的美景，但让我最难忘记的还是2007年那次。那年冬天，我有幸乘坐深潜器Alvin号下潜到了2500米深的海底，亲眼见到了隐藏在大洋之下神秘的海底山脉及其独特的生物群落。

历史

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则只有一百多年。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”上的科学家们发现大西洋中部有一巨大的隆起。1925到1927年间，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，并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人发现。二战后，船载声学设备的发展极大促进了对大洋中脊的研究。到二十世纪五十年代初期，地质学家已经知道地球上每个大洋的洋底都有山脉，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，魏格纳的大陆漂移学说开始得到大家的重视，诞生了海底扩张学说，并进一步发展成现在被普遍接受的板块运动理论。虽然距其发现已有近百年的历史，但因为现场观测难度大，花费高，我们对大洋中脊的了解还比较有限。我参加的科学考察的目的就是为了进一步了解大洋中脊获取更多的数据. 

大洋中脊

2007年11月17日，在驶离位于墨西哥西部的港口城市曼萨尼约四天后，我们到达了科考的目的地——东太平洋海隆。顾名思义，东太平海隆位于太平洋东部，是整个大洋中系统的一部分。科学家们之所以对大洋中脊感兴趣，一个很重要的原因是新的海洋洋壳在那生成。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，大洋洋壳就这样的循环往复、代谢不止。

我们下潜的位置位于东太平洋海隆的洋中脊峰线上，这里的水深最浅，只有2500米左右。从洋中脊峰线往外，水深逐渐增加。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，所以也就升的最高。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，随之也就慢慢沉下去了。于是，这些个高大的海底山脉就形成了。

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，而大洋中脊则是新的洋壳生成的地方。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开来了一样。不过，不同的中脊，其中央裂谷的形态也有不同。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1-2千米深，而位于东太平洋隆起的中央裂谷则只有不到1千米宽，深度也不到100米。这些不同主要是由于不同中脊处新生成地壳的扩张速度不同。扩张速度快（>5厘米每年）的中脊会呈现出东太平隆起样的结构，而扩张速度慢的中脊（<5厘米每年）则更像大西洋中脊。

热液系统

我们下潜的目的是寻找大洋中脊处存在的一种特殊的结构——热液出口，并进一步的了解海水的流动如何影响热液出口处的生物群落。什么是热液出口呢？简单来说，那里就是海底冒热水的地方，跟陆地上的温泉类似。早在上世纪六十年代，受陆地上火山多发区存在着热液系统的启发，科学家们就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。不过，直到1976年，海洋地质学家们在研究东太平洋的加拉帕戈斯群岛洋中脊时，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的深部。而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，海水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三分之一。每一千万年，海洋中所有的约14亿立方公里的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，今天的海就不会是现在这样了。

跟着深潜器，我们一块来看看热液系统吧。科考船上巨大的绞车轻轻抓起深潜器Alvin号，将其慢慢放入水中，下潜开始了。因为深潜器要承受巨大的水压，因此其载人区域都比较小，我乘坐的Alvin号就只能容纳三个人。大家蜷在舱内，很不舒服，好在初次下潜的兴奋可以轻松抵掉空间狭小带来的不爽。随着下潜，海水也逐渐暗了下来，很快就是漆黑一片。为了省电，整个下潜途中，我们并没有打开深潜器的探照灯。这个的好处是让我认真欣赏了一下海发光现象——每当深潜器碰到下潜路线上的小生物，他们就发出跟萤火虫一样的荧光。在漆黑的背景下，这些形状各异的光显得分外奇幻。可惜这种光太弱，我的相机不足以将其记录下来。

入水几十分钟之后，我们到了海底。深潜器的大灯一开，首先映入眼帘的是布满不规则黑色玄武岩的海底和上面三三两两的白色螃蟹。沿着计划好的路线前进，不一会的功夫就见到了著名的“黑烟囱”，这是热液出口处的典型结构之一。海底的热液喷出后会遇到周围冰冷的海水。冷却过程中，热液中富含的矿物会析出，并且就近沉淀在喷出口的四周，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，当热液与冷的海水混合时，黑色的金属硫化物迅速沉淀下来，就会形成“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”。

海底的水流很静，深潜器也静静的向目的地前进。途中，我们“飞”过了几个深深的峡谷，往下看去，还真有点“走在天上”的感觉。我们很快就找到了此行的主要目标——热液生物群落。那是一片很美丽的景色，有着如雪片般密集的微生物，白色的贝、蟹，紫色的鱼、虾，最奇妙的是那里有大片大片红白相间的管状蠕虫，如同盛开的玫瑰一般绚烂。其实，这类特殊的生物群落，正是由我们所乘坐的Alvin深潜器于1977年第一次发现的。从那以后，海洋学家在其他的大洋中脊也发现了很多类似的生物群落，其中就包含我们所拜访的这个。

最初，海洋学家们认为热液出口处的这些奇怪的生物是依赖于沉到海底的有机物存活的。不过，沉到海底的有机物非常有限，并不足以“养活”那么丰富的生物群落。后来才发现，跟常见的基于光合作用的生态系统不同，热液出口处的生态系统是基于化能合成作用的 。在这个系统中，能够利用热液里面的硫化物获取能量的细菌是最基本的生物。在这些细菌提供的能量的基础上，热液出口处还生活着多种其他生物 。热液系统中极端的温度和化学条件使得这个系统中的生物都显得那么与众不同。一般认为，处于这个系统最底部的那些细菌，应该已经存在了30到40亿年了。甚至有人提出了生命是起源于热液出口的假说。虽然这个假说不一定成立，但研究这些个特殊的系统必将极大的促进我们对生命的认识。

随着研究的不断深入，海洋学家们还发现了一个奇怪的现象。热液出口不是一个特别稳定的结构，有时候会发生比较大型的喷发。喷发时，热液出口附近的几乎所有生物都会死亡，但等喷发过去后，生物群落又会很快恢复，甚至会有很多新的生物物种出现。也许你会觉着新群落的出现是很自然的，但其实并不那么简单。首先，海底的温度非常低。比如，在东太平洋海底，水温大概为2摄氏度左右。而这个群落的生物，如管状蠕虫的幼虫在这么低的温度下并不能存活很久，一般来说只有一个月左右。另外，这些生物幼虫几乎没有游泳能力，所以他们是不可能自己游到新的热液出口处的。 最初，海洋学家猜测大洋中脊附近的海流能把幼虫带过去的。不过，现场观测发现海底的海流非常弱，而相邻的热液出口之间最近也有几百千米，这么弱的海流是不可能在幼虫死亡之前把他们输运过去的。那么这些生物到底是如何在不同的热液出口处扩散的呢？另外，不同大洋之间的热液出口之间有的存在共同的物种。那么他们是不是存在联系？如果是，他们是怎么在这些相距几千千米的热液出口之间相互传递的呢？这些问题现在都还没有明确的答案。希望我们获取的数据能够给解答这些个问题提供帮助。

在采好样品、布放好新的仪器后，深潜器释放掉作为压舱物的重块，我们开始缓缓上升。在再一次欣赏海发光的美妙之后，海水逐渐变亮，伴随着一堆美丽的白色泡泡，我们回到了海面，这次美妙的“登山”结束了。

矿产

除了满足人类好奇心的奇特地貌和生物群落之外，热液出口也有着重大的经济价值。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，而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，由于其发现的时间很短，观测数据缺乏，海底块状硫化物矿床的储量到底有多少现在并不清楚。另一种大家熟识的海洋矿藏是锰结核，虽然它的生成机制比较复杂，也不仅仅分布在中脊附近，但一般认为其中主要元素的来源也是海底的热液系统。有人估计全球大洋底部锰结核矿石的总储量有5000亿吨，按照现在人类的需求计算，其蕴含的锰等金属可满足人类几千年的需求。可以说，热液系统是地球上最主要的成矿区之一。

虽然很多人认识到了海底块状硫化物潜在的经济价值，但因为其处于几千米深的海底，对其的利用还大多处于理论阶段。不过，最近加拿大的Nautilus Minerals Inc公司在深海采矿方面取得了较大的进展。他们正在进行一个名为Solwara 1的项目，项目的目的是从位于巴布亚新几内亚的Bismarck 海1600米深处开采海底块状硫化物。这将会是世界上正式运营的第一个深海采矿项目，让我们拭目以待。

结语：

正如那些著名的山脉吸引着无数的登山者，大洋中脊以其特殊的地质结构、丰富的矿藏和奇特的生态系统，吸引着众多的地质学家、海洋学家和生物学家。通过科学家们的努力，从1872年英国“挑战者号”发现大洋中脊到今天的141年间里，人类对于大洋中脊的认识实现了从无到有，从浅到深。发现和研究这些巨大的海底山脉，极大的推动了人类对于地球和生命的认识。当然，在我们对大洋中脊认识加深的同时，也产生了更多的问题。这些问题对于科学家来说，就跟珠穆朗玛峰等著名山峰对于登山者一样，有着无穷的魅力。从某种意义上说，研究大洋中脊的科学家们也是登山者，只不过他们“攀登”的是那些跟陆地山脉一样瑰丽的海底山脉——大洋中脊。 

本文修改稿发表于《中国国家地理杂志》