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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。 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，也不仅仅分布在大洋中脊附近；但一般认为，其中主要元素的来源也是海底热液系统。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，对它们的利用还大多处于理论阶段。不过，最近加拿大一家公司在深海采矿方面取得了较大的进展。他们正在进行一个项目，计划从位于巴布亚新几内亚的俾斯麦（Bismarck）海1600米深处开采海底块状硫化物。这将会是世界上首个正式运营的深海采矿项目。
奇特的生态系统
大洋中脊不仅孕育了海底黑烟囱这样的地质奇观；更令人惊奇的是，在这个被阳光“遗忘”的角落，还存在着一类特殊的生物群落。
1977年，世界著名的载人潜水器“阿尔文”号在东太平洋的加拉帕戈斯群岛大洋中脊地带考察热液活动时意外发现，在热液出口附近，有一片甚至比热带雨林更为生气勃勃的生物群落。那里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，那里有大片红白相间的管状蠕虫，如同盛开的玫瑰一般绚烂。于是，科学家给它取了一个美丽的名字——“玫瑰花园”。从那以后，海洋学家又在其他的大洋中脊发现了类似的生物群落。
最初，海洋学家认为，热液出口处的这些奇怪生物是依赖于沉到海底的有机物存活的。不过，沉到海底的有机物数量非常有限，并不足以“养活”那么丰富的生物群落。后来他们才发现，与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基于化能合成作用。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30亿～40亿年了。甚至有人提出生命是起源于热液出口的假说。虽然这个假说不一定成立，但研究这些特殊的系统，必将极大促进我们对生命的认识。
随着研究的不断深入，海洋学家还发现一个奇怪的现象：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，热液出口附近的生物几乎都会死亡；但等喷发过后，生物群落又会很快恢复，甚至有很多新的物种出现。
也许你会觉得，新群落的出现是很自然的；但事实并非如此简单。
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℃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，它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。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它们输运过去的。那么，这些生物到底是如何在不同的热液出口处扩散的呢？最近，科学家发现，海面上看到的直径在几百千米左右的大涡旋可以影响到几千米深的海底，它碰到大洋中脊后导致的较强海流，可以在不同的热液出口之间把小虫们冲来冲去。虽然这可以解释较近的热液出口生物群落的交换和输送，但不同大洋之间的热液出口之间有的存在相同的物种。那么，它们是不是存在联系？如果是，它们是怎么在这些相距几千千米的热液出口之间互相传递的呢？这些问题到目前为止都还没有明确的答案。
正如那些著名的山脉吸引着无数登山者一样，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，吸引着众多地质学家、海洋学家和生物学家。通过科学家的努力，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从无到有、从浅到深。发现和研究这些巨大的海底山脉极大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，也产生了更多的疑问。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。
【责任编辑】赵 菲
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。 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，也不仅仅分布在大洋中脊附近；但一般认为，其中主要元素的来源也是海底热液系统。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，对它们的利用还大多处于理论阶段。不过，最近加拿大一家公司在深海采矿方面取得了较大的进展。他们正在进行一个项目，计划从位于巴布亚新几内亚的俾斯麦（Bismarck）海1600米深处开采海底块状硫化物。这将会是世界上首个正式运营的深海采矿项目。
奇特的生态系统
大洋中脊不仅孕育了海底黑烟囱这样的地质奇观；更令人惊奇的是，在这个被阳光“遗忘”的角落，还存在着一类特殊的生物群落。
1977年，世界著名的载人潜水器“阿尔文”号在东太平洋的加拉帕戈斯群岛大洋中脊地带考察热液活动时意外发现，在热液出口附近，有一片甚至比热带雨林更为生气勃勃的生物群落。那里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，那里有大片红白相间的管状蠕虫，如同盛开的玫瑰一般绚烂。于是，科学家给它取了一个美丽的名字——“玫瑰花园”。从那以后，海洋学家又在其他的大洋中脊发现了类似的生物群落。
最初，海洋学家认为，热液出口处的这些奇怪生物是依赖于沉到海底的有机物存活的。不过，沉到海底的有机物数量非常有限，并不足以“养活”那么丰富的生物群落。后来他们才发现，与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基于化能合成作用。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30亿～40亿年了。甚至有人提出生命是起源于热液出口的假说。虽然这个假说不一定成立，但研究这些特殊的系统，必将极大促进我们对生命的认识。
随着研究的不断深入，海洋学家还发现一个奇怪的现象：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，热液出口附近的生物几乎都会死亡；但等喷发过后，生物群落又会很快恢复，甚至有很多新的物种出现。
也许你会觉得，新群落的出现是很自然的；但事实并非如此简单。
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℃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，它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。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它们输运过去的。那么，这些生物到底是如何在不同的热液出口处扩散的呢？最近，科学家发现，海面上看到的直径在几百千米左右的大涡旋可以影响到几千米深的海底，它碰到大洋中脊后导致的较强海流，可以在不同的热液出口之间把小虫们冲来冲去。虽然这可以解释较近的热液出口生物群落的交换和输送，但不同大洋之间的热液出口之间有的存在相同的物种。那么，它们是不是存在联系？如果是，它们是怎么在这些相距几千千米的热液出口之间互相传递的呢？这些问题到目前为止都还没有明确的答案。
正如那些著名的山脉吸引着无数登山者一样，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，吸引着众多地质学家、海洋学家和生物学家。通过科学家的努力，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从无到有、从浅到深。发现和研究这些巨大的海底山脉极大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，也产生了更多的疑问。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。
【责任编辑】赵 菲