去年，像海底研究工作者大为兴奋的是海洋扩张学说提出以来的大发现。
在黑暗、寒冷的深海海底，不断地发现了地热地区。这些地区排列在形成海洋板块的中央海岭上；成为奇怪的生物群的安乐窝。而且，据说在那里将会不断形成金属矿床。这一系列的发现，也许可以说是地球科学最新的成果。
惊人的高温海底
去年（1979年）的春夏，使海底研究工作者大为兴奋的是由美国深海潜水船阿尔文（Alvin）号等在东太平洋海隆上进行海底地热活动探测的结果。笔者碰巧逗留在麻省理工学院，邻居埃德蒙（John Edmond）教授：（海洋化学专业）是1977年以来在加拉帕戈斯洋脊和东太平洋海隆的阿尔文号探测计划的领导人，差不多每天都从现场传来“难以置信”的消息。那么，究竟是一些怎么样的“难以置信”的消息呢？下面将其梗概作一说明，并就地学上的意义作一些探讨。
在东太平洋海隆的北纬21度处（水深约2,700米）发现的从海底喷出热水。从由海底隆起的烟囱状的喷口，可看到喷出浓浓的“黑烟”。一旦这些“烟囱”中的一个被发现，那以后就会络绎不断地发现一系列“烟囱”。这些烟囱中，有的喷出“白烟”。它们在东太平洋海隆的中脊轴部，在几公里内星星点点分布着，正像用尺子画出的直线上排列着数十个点。
“黑烟”也好，“白烟”也好，所喷出的并不只是普通的“烟”。它是处于极高温状态下的“烟”。温度值连续上升，最后达到约400°C。水深为2,700米的话，压力也有270个大气压。即，喷出的是超临界状态的热水（水的临界点为374°C、218个大气压）。
本来，深海是阳光完全不能到达的漆黑的地方，是一个水温约为2°C的寒冷世界。但是，作为例外，在海底扩张源的中央海岭系的中脊轴部附近似乎可以预期具有特别高的海底水温。那是因为中央海岭的中脊轴部来自地下的热流甚强，那地下有活动热水。但是，至于有400°C这种高温热水会喷向海中，是谁也没有预料到的。在此之前的调查中，例如，报道在红海的中脊轴部的深海处，积存着近60°C的高温浓盐水，它沉在深洼地形的底部，它与在宽阔的太平洋海底，而且又是海岭增高处的情况完全不同。在大洋中，1977年进行了加拉帕戈斯洋脊的调查，发现喷出的温水最高为17°C，这使研究人员非常激动。这次，也希望有此种强度的温度异常。所以，当初阿尔文号所带的温度计突然超出了刻度，经浮起后一检查，夹住温度计的塑料棒已溶化了，船上乘员大为震惊。
更有意思的事情是在这些热水喷出口附近发现了生物群。具有长度达4 ~ 5米巨大触手的成群的管形蠕动动物，极为密集。触手尖端呈鲜红色，基部为白色，整个触手看上去像用塑料制成的管子，在电影上看来，那些触手在活跃地蠕动着。此外，还发现了为了更有效地吸收一些氧气，具有包含大量血色蛋白质的鲜红色肉体，并有二块大贝壳（大小约30厘米）的另一种贝壳类、双目失明的蟹、蒲公英状的水母之类等很多种奇怪的生物。这些生物群把地热作为能源赖以生存，而不是依靠太阳热。这是这次在太平洋海隆上进行一系列海底地热研究后首次发现的（1977年阿尔文号在加拉帕戈斯洋脊上首先发现这些生物群，1978年，法国潜水考察船“塞纳”号在东太平洋海隆停止了活动的喷出口附近发现了两只巨大的贝壳类的尸骸）。
从海底喷出的热水中，含有大量的H2S及使其代谢的硫氧化菌。这些细菌是栖息在该处的生物群的一次营养源。1979年在阿尔文号的探测中，进行了大规模的生物采集工作。现在，一些生物学家正倾全力于这次宝贵的生态系统的研究（捕捉的蟹在常压下立即死亡，而在250个大气压的水中，则可活上几个月）。
从地学角度来看，饶有趣味的是在喷射出的热水中含有大量的金属元素（铁、锌、铅、铜、银、金、铂等）。喷出的水在喷出海底以前是完全透明的，但一喷出到海中，就和海水混合，被冷却，变成黑色或白色的“烟”。溶解物瞬间析出。析出物是各种金属硫化物，它们沉淀在喷出口的周围。阿尔文号的机械手破碎了这种沉淀物，经采集后，发现其碎片的外面是闪锌矿，里面是黄铜矿。
很明显，高温热水是海水进入地壳内部，变为高温而喷出的，高温海水从岩石中使这些金属元素溶化而析出。而且，实际上所谓块状硫化物矿是在刚形成的海底不断产生的。知道在著名的塞普鲁斯岛的奥菲欧拉依特（那是上升为陆地的古老海底）孕育的块状硫化矿等的矿物学家们之所以大为震惊，看来不是没有道理的。正如在后面要涉及到的，日本也有著名的块状硫化物矿，也就是“黑矿矿床”，被认为是海底火山形成活动的产物。因此，这大概也不是什么无关的话。
考虑其地球科学的意义
（a）关于板块地质结构学说
美国和法国的科学家们投资了巨额费用，开始在中央海岭的顶部进行的潜水研究究竟怎样呢？对于这一点，饭山敏道已作了详细说明，所以不想再重复了（《自然》1980年4月号）。主要是以魏格纳的大陆漂移学说（1912年）为开端，这可以说是最近约20年内得到急速发展的“新地球观”的科学家们必然的愿望。
新地球观，特别是板块地质结构学说，具有联系固体地球科学各分支学科理论的连贯性，几乎是唯一的模型。至于其详细情况不在这里叙述了，但尽管所谓的“板块地质结构学说”的话时常听到，为了对以上情况不熟悉的人们，故将其要点叙述如下.
首先，地球表面层部分（深度为100公里左右），与接近表层的内部相比，是一层很硬的“壳”。把它叫作岩石层（可以想象成蛋壳）。但是，这种“壳”不是以地球为整体的连在一起的一层，而是分裂成几块（可以想象成为是剥煮熟的蛋，先把蛋壳敲出若干缝来，图1（上））。而且（这是特别重要的），由裂缝的孔隙分割成一块块的硬壳片（这即称之为板块）是各自都在运动的。（这里，虽然不类同于蛋，但假设由裂缝孔隙分割成的硬壳，如图1（下）箭头方向运动。立即壳与壳之间在一面发生重叠，另一面壳与壳之间分离开来而产生缝隙。在壳与壳的交界线的方向，与运动方向是平行的情况下，不发生重叠和不产生缝隙）。
这样，板块地质结构学说认为，好像地球表面向各方延展着几个板块，这些板块各自像刚体那样不会变形而运动着。而且，地表附近的各种地学活动，无非是由于板块和板块之间相互作用而发生的那种运动。当然，这种相互作用是集中在相邻接合板块的彼此接界的部分。上述的蛋模型中，壳与壳重叠处叫作汇聚型板块边界，那就成为阿尔卑斯山、喜马拉雅山这种大的山脉，或成为日本的其他的岛弧 - 海沟系这种地形。前者（阿尔卑斯山、喜马拉雅山）正是板块之间冲撞，所谓后者（岛弧-海沟系）的情况是相撞的板块的一方潜入到另一方的地下深部。这叫做板块沉没。另外，壳与壳分离后，缝隙形成处称为分离型板块边界，而地球，则高温物质从地下上升，把缝隙埋没。这就是海洋的中央海岭。
那么，在中央海岭会发生什么？再来做些探讨吧。在这里，高温物质，即岩浆从地球内部上升，冷却硬化，相继不断地补充进相互分离成两块板块之间。把这个过程称之为板块的连生过程。总之，通过所谓岩浆上升、喷出、冷却硬化这一“火成活动”，形成新的海洋板块。来自地球内部的物质刚刚喷出时温度很高，因而柔软，在海底冷却后变硬，补充到板块中去。由此可知，所谓板块就是冷却硬化的表面层。在海岭的顶部，板块的厚度为零，离海岭顶部越远的地方，厚度越大，这可以从冷却模型来加以说明。
经过上面的探讨，似乎在地球这个小天体上有事情发生，主，张这一点的是板块地质结构学说（称为岩石板块变动理论）。其成功之处是巧妙地综合了高度专门分化的地球科学各分支学科的现象。乍一看来，似乎没有关系的现象，可归纳在紧密结合在一个“像”中。这样的例子是不胜枚举的，如只举出其中一个例子的话，就是了解日本等地发生巨大地震的原因，由于随着太平洋板块和欧亚板块下沉而引起应力的产生。根据这种考虑，也可以说明地壳变动的观察结果和大地震发生的规律性等。
只是约在20年前，对大地震的原因，说是完全不了解也不过分。这究竟是否正确暂且论，这种板块地质结构学说却提供了说明很多现象的统一模型。模型能够验证之。也许科学就是这么进步的。
根据板块地质结构学说，由于可了解地球的大的范围，所以在以后是不是可以说没有大问题了呢？正如饭山敏道在前面所强调的那样，实际上并不是这样。如用图画来说明的话，板块地质结构学说只不过是草图而已，而在图上着色，进行加工，绘成美丽的图画，意味着以后的工作。笔者也附和这个意见，但觉得还有一些别的说法。
目前的情况似乎是草图并没全面完成，而只不过占了画面的一部分。因此，将来应该描绘其余的大部分，必须与已描绘成的部分相协调，总之，大部分画面还是空白的，板块地质结构学说的屹然出现，确实是—大革命。但是，从过去的十多年来看，似乎就这样总有点不够满意，这是不可思议的。板块地质结构学说的不足，也许是学术已经前进了一步的缘故吧。
那么，空白的画面有哪些呢？
（b）下一步发展的目的
板块地质结构学说说明的概要是从现在起到2亿年前的海洋板块的历史。地球的全部历史有45亿年，留下的大陆历史38亿年，尽管海洋板块只有2亿年，但这也许可以说离开地球历史的整个情况还是很远的。板块地质结构学说是在地球史的什么时候开始产生的？在这以前又是怎样的？大陆内部的各种变化为什么会发生？大陆究竟又是怎样形成的？历史的和现在大陆内所产生的，用以往的板块地质结构学说还很难轻而易举地加以说明（例如：中国大地震是怎样发生的？）
这样的回顾或不满足的感觉，在目前的世界地学工作者中日趋增强。继1979年结束的国际地质动力学计划（GDP）之后的、八十年代的固体地球科学的国际研究计划，现在专门议论着其内容，但上述的议论相当盛行。应当说明前寒武纪的地质结构学说！大陆地质构造学！笔者认为这种思路是对头的。
但是，这在目前是否属于最有效的途径，也许还应该深思熟虑。学术上的进步是在善于思考事物和科学工作者的头脑中发生的。那就是在11年前笔者尝试解释海底扩张学说时所强调的（《自然》1969年10月号）。即使在目前，这种想法仍不改变，然而，另一方面，关于地磁异常条带的瓦因 - 马修斯（Vine-Matthews）假设也好，关于转换断层的威尔逊（T，Wilson）的概念（1965年）也好，作为“思维头脑”的思考对象，曾有过相应的重大实际观察事实，这也是事实。从海底扩张学说到板块地质结构学说，在不到20年的时间，已发表了无数的论文。可说是划时代的头等贡献，以及长期留下来的这类成绩我认为同样是为头等重要观察事实所证实了的。在这意义上，八十年代很多人都把大陆的研究作为目标，目标虽然很好，但是否成功，我认为取决于如何找到成为促使计划的进展机会的新事实。
笔者所感，对大陆的研究，现在的观点非常之多，分歧普遍。首先，要对这些观点进行恰如其分的整理和讨论，弄明白什么提供了最决定性的情报，无计划地促进研究，只能增加一些杂乱的知识。恐怕在事先很好反复考虑过的超深层钻探，在现在正是关键，但那是极其破费钱的事业。
进入前寒武纪，向大陆移动的同时，对板块地质结构学说的“现在”似乎趋向于想更具体地加以理解。诸如板块运动是连续的还是间歇的这类问题。这不仅对了解控制板块运动的原始动力是十分重要的，而且对地震预报等这些实用方面也是决定性的。在目前，特别应引起重视的是板块之间的运动（1年约有10厘米）的实际测量在技术上成为可能。这些技术必定要发展，其结果的“事实”无疑是具有头等的重要性。
希望更现实地来看目前板块地质结构学说过程的这一愿望，是想不停留在理论的或间接的推导上，而是把对象实体掌握起来。因为难以改变的物证是通往进步的基石。在上述大陆地区作超深层钻探就是这种想法。这种想法是饭山敏道的说法，即在海洋中，在一方面制订深海采掘计划（Deep Sea Drilling Project），另_方面进行深海潜水研究。当然，使这些工作获得成功，必须进行采用所有近代观测仪器和技术的事先研究，于是，通过法美大西洋中央海岭研究计划（FAMOUS计划），开始了很多大规模的深海海底研究。
应该特地写一笔的，这些研究大多数是新的，而且带来重要的知识，板块地质结构学说的过程，作为未来的现实正在被人们所掌握。板块产生分裂的缝隙涌入岩浆的第一近似模型，就这样具有很大的意义，但对于究竟在现场发生了什么情况这一问题仍不能回答。潜水研究也许能回答（在板块沉没区希望产生同样的效果，这是饭山写的日法共同对日本海沟的研究计划）。
不知不觉地议论得这么长了，在这里再回到就海底的地热方面的议题吧，剩下的纸面不多，不得不简单一些。
揭开海底地壳热流量之谜及其秘密——热水循环
这样，板块模型和热流量观测值还有不一致、成为一个很大的谜。
对这个谜的解释，像里斯忒（Lister1972年）等主张的那样，在海岭近旁海水浸入地壳岩石层中产生热的对流，由于这种运动把热送向海中，所以用通常热流观测方法已不行了，从而错过了机会。总之，越离开海岭，由于海底的不渗水性的堆积层越是发达，所以，海水与地壳被隔开，传递热量只有依靠传导方法，实际测量变成与理论值相一致。
对这种解释给予支持的是1974年采用新的测量仪器，在加拉帕戈斯洋脊附近进行了热流量精确调查的威廉斯等人（图4）。热流量显示出波长为10公里左右处的变化。这种情况，如果不认为有5公里左右规模涡流的对流层，那么就不能加以说明。
在这种惊人结果的鼓舞下，加拉柏戈斯洋脊成为很有趣的对象。把各种测量仪器沉在靠近海底处这一曳航深拖（deep Tow）法，作为说明海底细微构造的目的而研究成功。它直接适用于加拉帕戈斯洋脊附近，发现了许多称之为地热积成堆（geothermal mounds）的高为10米、直径为25米左右的小山并排着。这些地热积成堆是一个个喷出地热水的场所，小山被解释为由地热水喷向海中时的析出物所形成。
很多观测支持了这个预想。另外，在海岭附近的堆积物中，非常浓地集中着一些重金属，这些例子可解释为海水与地壳内部岩石反应的结果。至于这种解释，通过皮肖夫和狄克森（Bichoff and Dicksin，1975年）等人所进行的玄武岩 - 海水之间相互作用的实验研究更为有力了。尽管淡水与岩石几乎不发生反应，但咸水却有非常活泼的反应，在高温下（200 ~ 400°C）溶解在海水中的是铁、锰、铜等重金属和钙、钾，另外，又把镁、SO4、钠等从海水中排除出去。对此种周围的情况，由于笔者不十分理解，所以很难深谈。总之，根据这些情报，在1977年3月，终于派出深海潜水船阿尔文号完成了加拉帕戈斯洋脊的调查。阿尔文号运用多种方式迂回到了深海海底。同年5月，“格罗玛 · 挑战者”号在DSDP的第54航次时，对加拉帕戈斯的地热积成堆钻了孔。
在这些调查中，称为安高斯（ANGUS）的重2吨的新式海底摄影机十分得力。由于潜水船在海底的活动半径有限，所以参考了由海面上的船控制的安高斯所获得的照片从而潜到正确的位置。安高斯可以从海底上部18米处，每隔10秒拍摄一次覆盖约半英亩面积的彩色照片。可拍摄14小时。而且，这一张张照片的位置定得很正确，照片出来后，就能把潜水船引导到感兴趣的地点。
使用这种新式武器，可以获得与迄今截然不同的知识，发现了奇异生物群也是如此，从海底流出的熔岩，不只是枕状熔岩，像在陆地上那样，发现了充满在低洼地的熔岩湖这种形状的东西。也采集了很多热水的取样，考里斯（Corliss，1979年）等通过化学研究得到了在地壳内部的热水温度为300℃左右，可能与岩石达到平衡状态这一结果。
但是，根据当时（1977年）的调查，认为目前海底喷出的热水温度17℃已达最高了。在地壳深部有300°C左右，在上升过程中与海水逐渐混合，温度就下降了。在这种状况下，迎来了1979年对东太平洋海隆（21°N）的调查，这就是本文开始介绍的令人兴奋的种种情况。
在马里亚纳海沟的热水运动
虽然有点急躁，但在形成新海底的中央海岭下面，产生着热水的活动，这一点无疑是事实。所以，这里存在着两层重要性：确定形成海底地壳组分的重要性以及对整个海水组分带来影响的重要性。总之，这对地学来说，有着头筹的重要性。但是，在这里，笔者现在就个人特别感兴趣的其他方面来结束本稿。
在远离日本的南方，有一个马里亚纳岛弧，其东面是马里亚纳海沟，西面是马里亚纳海槽。从东面，太平洋板块下沉，在西面，马里亚纳海槽作为新生的海缘，现在还在继续形成。
我们在1978年春季，在深海钻探计划第60航次时，用格罗玛· 挑战者1号在这个海域进行了挖掘。结果发现了几个有趣的事实，这里，想谈一下马里亚纳海槽的热水活动。
首先，在马里亚纳海槽，热流量在不同的地点有明显的不均匀。在只有相距200米左右的两个钻孔内的热流量，竟有2倍之差别（在456地点）。钻孔钻穿堆积物，达到地壳岩石层，就发生海水哗哗被开始吸入地壳内的情景（在454地点）。在采集到的堆积物中，发现了在新西兰地热地区由维拉克发现的维拉克特。这种矿物是在200 ~ 300℃时形成的热水矿物。
受到这些结果的鼓舞，我们在同年秋天，再一次出发到这个海域，从海面船上进行了热流量的超精密测量（空间精密度）。其结果完全和加拉帕戈斯洋脊的结果相同。笔者从这些事实出发，推测马里亚纳海槽（谷）也许与加拉帕戈斯洋脊- 样，进行着活跃的热水活动。如果真是这样的话，那么可能也会栖息着上述奇特的生物群，而不断地形成着块状的硫化物矿床。
笔者早就向往以深海潜水船在这里进行一番调查。
对于这个想法，恐怕有这种批评，认为这是在加拉帕戈斯洋脊和东太平洋海隆等地所发现的翻版。也许有什么批评。那在某种程度上不是个办法。但是，不想错过的一点是，加拉帕戈斯洋脊和太平洋海岭是中央海岭，而马里亚纳海槽是一个位于岛弧的陆地一侧的海缘一背弧岛。背弧海（日本海即是其中之一）是怎么形成的，是自古以来的大问题。现在，认为那也许是由于海底扩张过程的缘故这种说法颇有说服力。
那么，所谓新形成的背弧海，和由海岭形成的全部大洋，有什么相似和不同呢？这在今天是个最大的大问题，从而深感在马里亚纳海沟作潜水调查的必要性。我认为特别有趣的还有日本的“黑矿”，还在第三纪时期，是由于日本群岛的背弧的海底的火山形成活动所形成的。形成黑矿的火成运动与现在继续在形成马里亚纳海沟的海底的火成运动之间，似乎有点差别。所以说在马里亚纳海沟形成黑矿，这也许是说得过头了。但是，这二者之间大概是很相似的现象。而且，研究马里亚纳海沟今天的状况，对于正确理解黑矿的成因方面，恐怕甚为重要。
因此，看过“烟囱”照片的渡边武男先生说过：“黑矿中也有这种烟囱”，速水格先生也说在黑矿地区的该时代的堆积物中，有很多贝类的化石。这种贝只是体积很小，但与在加拉帕戈斯的贝是很相似的。
最近，麻省理工学院的埃德蒙教授给我来信中说：“阿尔文号母船正在加速扩建，致力于使其能驶向世界的任何一个地方。非常欢迎正出色地从事黑矿研究工作的日本科学家参加。”热切希望盛名于世界的日本黑矿研究工作者研究活跃。
[日本《自然》1980年5月]