海底的“黑色黄金”锰团块是如何形成的，来源又是什么？

上帝一定是在创世之初的时候，给我们开了个玩笑，捉弄了我们:他趁大水泛滥的时候，在海底撒下许多金属“土豆”;但又不说破，笑眯眯地看着我们何时才能采用，这些“土豆”是海底锰的神秘团块。

1873年，英国科学考察船“挑战者”号在加纳利群岛进行水域调查时，从渔网中捞起了一些闪闪发光的“黑色小石子”。船上的科学家不知道这是什么，他们被作为珍宝保存在大英博物馆。9年后，英国科学家约·雷默（Jo reimer）和雷纳（rayner)对它们进行了测试，确认它们是硅酸盐、高锰酸盐和各种氧化物的混合物。

但不少地质学家仍不以为然，认为那不过是载有锰矿石的船只偶然沉没的遗物，而不屑一顾。直到1959年，美国科学家约翰·默罗(John merrow)发表了一篇对它们的系统分析，“锰结核”或“多金属结核”才开始呈现出新的面貌。更严格地说，这种矿物应该分为锰铁结核和锰铁结壳，称为锰团块。

我们现在知道，锰块广泛分布在海底一至六公里深处。它们是不规则的团块，有的光滑如扁球体，有的多孔如煤渣，有的形状像葡萄，有的像覆盖物。小的像沙砾，大的像土豆，巨大的有几吨重。

这是一个令人羡慕的超级财富，总储量估计超过3万亿吨。按照目前人类消费水平，铜、镍、锰和钴的这些矿藏分别可用600年至13万年。

然而，锰团块又身处重重迷雾之中，让我们不断探寻。

成因之谜

锰团块究竟因何生成这是第一个不解之谜。

有许多不同的解释和假设。然而，这两者都是不合理的。这些假设包括:

生物摄取说：用扫描电子显微镜(sem)对锰结核的表面和内部进行了观察。这些结节的微观结构由大量的空管和微孔组成，由大量的底栖微生物组成。科学家们推测，这些底栖生物微生物吸收了大量来自海洋的二氧化锰和其他氧化物，并随着时间的推移形成了结核。

骨骼碎片、牙齿等常在锰结核中发现。有人认为这就像珍珠和蛤壳的生长一样，支持了生物起源的理论。但锰颗粒不仅巨大，而且还在增长——每年约1000万吨!这些微小的微生物真的有如此巨大的“生产力”吗

水层沉积说：他们的假设是，海水已经被溶解的锰和铁饱和，表层矿物是通过降水和河流侵蚀被冲进海里的。过饱和锰、铁等金属元素的增加导致胶体水氧化物的析出。沉淀后，由于成岩作用、催化作用和静电吸引作用，金属离子锰、铁以及各种氧化物极性分子被多种方式吸附。结果，锰离子和二氧化锰不断累积，形成结核和碎片、土壤和生物残骸沉到海底。然后它像滚雪球一样越滚越大，最终形成大小不一的锰块。

然而，令人费解的是，为什么在海水中锰含量如此之少，仅000002克溶解在一公升海水中，为什么却会在锰团块中独占鳖头呢

气体凝聚说：当火山爆发时，它会产生大量的气体。当气体从熔岩中分离出来时，它就带着大量的锰、铁、铜和其他微量金属进入水中。假设这些微量金属大部分处于溶解态或离子态。当它们进入海水时，首先沉淀铁的水相氧化物，然后由于静电作用使液相中的锰等金属离子浓缩富集，最终形成锰的质量结构。

那么，在海洋中许多非火山地区存在大量锰团块的事实又如何呢

熔岩凝固说：这一假说认为,当海底火山爆发时,由于巨大的压力和温度差异(岩浆温度超过1000℃,水温在深海一般只有4℃),爆炸的高温岩浆遇到冰冷的海水,迅速冷却并凝固矿化物质粒子,即。锰结核。当凝固的小颗粒先下降时，它们又被喷发的岩浆向上推，一层凝固的岩浆附着在外层。一次又一次，锰结核内形成了一层层同心结构。

但许多锰结核含有小块的动物骨头、牙齿等。换句话说，它们在温度高达千度以上的岩浆中竟能无烧损全身而退。又是为什么呢？

物质来源之谜

更神秘的是，且不说成因，这些锰块还在继续增长。通过同位素测量，科学家们知道，每百万年的平均生长率在几毫米到几厘米之间。按照这个标准，世界每年增长1000万吨，简直取之不尽。那么这些矿化物质是从哪里来的呢这是第二个难题。

事实上，其成因与成矿物质来源密切相关。主张生物摄取理论的科学家认为它来自海水;主张水成沉积的科学家认为水成沉积来自地表和海洋;支持气体凝结或熔岩凝固的科学家说它来自地幔。由此产生了海水说、地表说和地幔说三种学说。但这三个论点都没有说服力。

海水理论认为：海水本身是一种含各种金属元素的盐水。因此，成矿物质主要来源于海水;此外，还有沉积成岩因素的贡献。然而，除了水以外，海水的主要成分有氯、钠、钾、镁、钙、硫、碳、氟、硼等主要元素，锰是一种微量元素，非常小。这样一点锰，就成了锰块的主角，实在是令人匪夷所思。

地表说理论认为：大陆或岛屿上岩石的风化导致各种金属及其氧化物的分解。它们被雨水或河流冲进海洋，成为锰块的主要来源。然而，地表(岩石圈)的主要元素是氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾和镁。锰只是地壳中的一种微量元素，每年有380万吨的自然风化作用，只有30万吨排入海洋。而锰的质量每年明显增加1000万吨，地表说对此又该做何解释？

地幔理论认为，来自海底火山活动和熔岩喷发的熔岩和气体提供了锰结核所需的金属。然而，上地幔亦即岩浆中含量最多的金属元素依次为:氧、硅、铝、铁、钴、钠、钾、镁和锰。氧化含量依次为:二氧化硅4516%、氧化镁3747%、氧化亚铁804%、氧化铝354%、氧化钙308%、氧化钛071%、氧化钠051%、氧化铁046%、氧化铬043%、氧化镍02%、氧化锰仅占014%。而锰结核中最多的却是锰。岂非咄咄怪事？

所以这三个来源都是合理的，但都是有偏见的。把它们结合在一起，互相补充，就圆满了。换句话说，锰块中的元素很可能是由于大自然的作用，从地幔的熔岩和气体，从地表的侵蚀，从海洋的沉积物和溶解物中有选择性地富集而来的。

至于究竟是以何种方式富集的，人类至少目前还不得而知。

形态分布之谜

如上所述，锰块体可分为两类:锰铁结核和锰铁结壳。奇怪的是，这两者不仅形式、结构和分布都截然不同;即使是相同的矿物也有很大的不同。

锰铁结合的矿物主要有水-羟基锰(-mno2)、钡镁锰和钠锰。锰铁壳主要为水-羟基锰矿。

锰铁结核由氧化锰铁的壳和核组成。有三种形式:裸露形、半掩埋形和掩埋形。海底的老结核碎块、岩屑、粘土和生物遗骸、牙齿等，都可以作为岩心。有两种生长结构和生长不连续结构。在锰铁结核的生长结构中，微纹交替出现，呈现典型的韵律。平行层状，柱状，多核同心圆和散斑。然而，它们中的大多数都是同心圆结构，被像树环一样的层包围着。生长不连续结构通常是一层薄的粘土夹层或其它明显不同的夹层，将整个结核分为两到三层。

锰铁地壳有球状和砾状三种包覆层，表面形态以光滑为主，也有常见的粗糙和结节状凸起。前者直接由氢氧化锰铁沉积在海底山裸露的基岩上，形成一个连续的覆盖层。球根的外部和核心是结节状的。后者也是结核性的和较大的，但它的核心主要是岩石碎片。形态学与岩心碎片的大小和形状有关。其内部也分为生长和生长间断结构，生长间断结构是浅**的磷酸盐薄层。

锰铁结核主要分布在4000 ~ 5000米深的海底。北太平洋是分布最广的区域，占世界储备的一半以上，约17万亿吨。特别是,超过75%的海底,这是约200公里宽从北纬6度到北纬20度,西经110度到180度,占地面积约1080万平方公里,有3200到5900米的深度,是由锰结合。密集处，每平方米面积有100多公斤，因此被日本人誉为“锰结核的银座”。锰结核也存在于大西洋的德雷克海峡和斯科特海，以及北大西洋西南和印度洋的许多深海盆地。

锰铁结壳则主要产出于海底的高地、高原、陡坡和阶地上，一般分布在1000 ~ 3000米深处。表层地壳主要分布在海山斜坡的上半部分和台地的浅部。球壳主要分布在海坡脚的深水区和平顶海顶部被沉积物覆盖的浅水区。砾石壳主要产于岩心剥落处及附近。

成分差异之谜

在锰块中发现的元素有80多种，包括元素周期表中几乎所有的自然界元素。这些金属包括27% ~ 30%的锰、约6%的铁、5%的硅和3%的铝，以及125% ~ 15%的镍、1% ~ 14%的铜、02% ~ 025%的钴和其他30种贵重金属。

然而，由于种类、起源和水深的不同，化学成分也有很大的差异。这是另一个无人能解释的谜。

例如，结核富含锰、铁、铜、镍、钴和稀土元素。而钴、铂、稀土、磷灰石在结壳中富集较多，锰、镍、钴含量明显降低。在约翰斯顿岛附近的水域，一些外壳含有50%以上的磷灰石。

再比如，与大西洋和印度洋的结核和结壳相比，太平洋的结核和结壳含有最高等级的有用金属。在800 ~ 1300米水深范围内，结壳中钴含量较高。在4800 ~ 5400米水深范围内，结核中镍、铜含量较高。在相对年轻的薄壳中，比较富集。在较老的厚壳层中，铂更为丰富。

熔岩撞击冰冷的海水并迅速冷却，没有时间结晶，因此形成一种玻璃状熔岩。（俄勒冈州立大学）

2015年12月，深海研究人员在太平洋海底发现了一个玻璃花园。就像噩梦般的戴尔·奇胡里展览，迅速冷却的黑色熔岩卷须从海底火山喷涌而出，挂在太平洋黑暗的画廊里，无法在冷水中完全结晶。枕状熔岩层绵延45英里（73公里），覆盖在水面以下近3英里（45公里）的海沟底部。

这是一个令人兴奋的发现，不仅因为壮观的视觉效果，还因为玻璃状熔岩层显得相对新鲜。事实上，根据星期二（10月23日）发表在《地球科学前沿》杂志上的一项新研究，这次火山喷发发生在该地点被发现的几个月前——使太平洋上的这个玻璃花园成为地球上已知最深的火山喷发。[历史上11次最大的火山喷发]

“我们知道世界上大多数的火山活动实际上发生在海洋中，但大多数都是未被发现和看不见的，”首席研究作者比尔·查德威克，俄勒冈州立大学和美国国家海洋和大气管理局太平洋海洋环境实验室的海洋地质学家在一份声明中说这些区域很多很深，表面上没有留下任何线索。这使得海底喷发变得非常难以捉摸。

幸运的是，海洋勘探技术的进步使得类似这样的发现越来越普遍。根据查德威克的说法，科学家在过去30年中发现了大约40次海底喷发的证据。在1990年以前，他们没有发现过。

这一已知最深的海底火山在西太平洋被发现。（俄勒冈州州立大学）

查德威克和他的同事在调查马里亚纳海槽的热喷口时发现了这座超深的火山，马里亚纳海槽是火山活动的新月，离马里亚纳海沟不远，太平洋构造板块俯冲在日本东南部的菲律宾海板块之下。

一艘名为“哨兵”的自主水下航行器第一眼看到了熔岩的形成，同时在海面以下约14700英尺（4500米）的海面上俯冲。乳白色的热液从部分地层中泄漏，表明熔岩还很年轻。随后对该遗址的访问显示，虾和龙虾等流动生物已经开始在这些地层上定居，而永久居民（如蠕虫）尚未出现。

总而言之，它讲述了最近一次火山喷发的故事，比以前观察到的任何喷发都要深。查德威克认为，这一发现将有助于充实一个正在迅速推进我们对地球火山作用认识的研究领域。

“海底火山可以帮助我们了解陆地火山的工作方式以及它们如何影响海洋化学，而海洋化学可以显著影响当地生态系统，”查德威克说当我们能够找到它们时，这是一个特殊的学习机会。

最初发表在《生命科学》杂志上。

熔岩从火山喷发出来时，是一种红热的流体。当它遇到外面的空气以后，就会冷却下来。

熔岩在流经陆地时是通过散发热量逐渐冷却的。熔岩流上层部分最先冷却，因为这部分热量的流失比内部快。几分钟的时间里，熔岩表面就会结出一层硬硬的壳。再过一会儿，硬壳下面的熔岩也会慢慢冷却变硬。

与冰冷海水相遇的熔岩冷却速度更快。它会马上“冻”成黑色的玻璃状，再粉碎成很多小块。炽热的熔岩遇到冰冷的海水后会发生剧烈的爆炸，产生一种含有水蒸气、高温水和火山碎屑的云团。

如果你不小心陷入熔岩流中，可要赶快跑出来，因为冷却的熔岩会变成岩石！

查看更多《神奇校车阅读版》

由于表层岩石起隔热作用,火山深处的熔岩也许要几百万年才能冷凝。休眠火山最终会熄灭 ,变为死火山,但地处活动板块边缘的火山随时可能死灰复燃 。死火山曾发生过喷发，后来却丧失了活动能力，在熔岩通道内灭绝，它的基本方式是像根一样深入地核，由于地核在熔岩升温的热压下通过火山口通道，所以活火山的形成，内部通道仍然存在，在强烈的地壳破裂作用下，地核温度通过海水抽冷熔岩导致地核闭合，形成真空，活火山熔岩与岩芯熔岩之间的压差流回岩芯，导致活火山通道坍塌。

关闭活火山口，使活火山成为死火山，喷发终止。死火山不能被视为定性的非喷发。如果核心的熔岩打开通道，死火山也会复活。在这种情况下，可以参考托里切利大气压原理来解释压差原理，因为熔岩形成的高密度和高真空是裂缝坍塌的原因，其强度也是诱发地震的原因。

例如，意大利著名的维苏威火山一直被认为是一座死火山。山脚下的城市都已建成，但这也导致了火山爆发。与活火山不同，死火山是指在史前时期喷发但从未再次活跃的火山，就像死火山一样。有些死火山具有相对完整的火山形态，但有些已被时间的力量侵蚀。另一个是休眠火山。休眠火山有着历史上喷发的历史，但它们已经很久没有喷发了。

很难判断这些火山是否已经失去了喷发的能力。中国有一座非常著名的沉睡火山—长白山天池！！天池现在是一个著名的旅游胜地，但你能想象它在14世纪和17世纪两次爆炸吗？火山是地球的一种形式。深层岩浆穿过地表，喷出形成火山。有许多类型的火山。例如，根据喷发类型可分为裂缝、渗透喷发和中心喷发。根据火山锥可分为盾状火山、层状火山锥等。活火山仍然是活火山，会定期喷发。