炽热的盐水，深海的压力，滚滚的岩浆正在洋底形成矿床。

一代代塞浦路斯矿工从特罗多斯山拉出的一车车硫化铜矿石，象征着一个个灿烂的地中海文明。而在监工将奴隶驱赶到没有通风设备，犹如地狱的地下采矿巷道时，特罗多斯矿山的起源早已在传说中销声匿迹了。但是，这些令人恐惧而又错综复杂的古代矿床地，并不像如今正在形成相似矿床的那些地方那样，使人感到不可思议。

在过去六年中，考察人员在深海研究潜艇的聚光灯下，发现了在熔岩湖、火山锥以及热液泉的地质发展进程中形成的矿床。这些矿床生长在距海面8，000多英尺的海底热水区，四周生活着巨蛤，八英尺长的管状蠕虫和幽灵似的白蟹等生物群，而且新的洋底也正在从下面的熔融地幔中喷涌出来。这个发现帮助地质学家找了一个最实际地质问题——矿床源于何处？——的答案。

这种矿床叫做多金属硫化物矿床，是硫和多种金属化合的产物，其中主要金属有铁、铜、锌、锰、铅及钒。虽然深海考察才刚刚拉开序幕，但是考察人员在海底裂谷带——洋底扩张中心——发现矿床这个事实表明，许许多多矿床也许就躺在洋底之上，因为环绕着地球的扩张中心就约有四万英里之长。

国家海洋和大气管理局的地球物理学家彼得，罗纳（Peter Kona）说：“真正使地质学家从梦中惊醒，是在潜入到这样一个存在热水溶液的地区，实地察看了正在形成过程中的矿床之后。”

在七十年代的大部分时间和八十年代初这个时期内，随着对一系列逗人的线索追索探究，发现了大量海底矿体。当然，其中有着“阿尔文号”科研潜艇在1981年8月进行潜水考察中立下的汗马功劳。在“阿尔文号”执行的那次考察中，国家海洋和大气管理局海洋研究所所长亚历山大 · 马勒霍夫（Alexan-der Malakoff）就是这艘三人潜艇的一员。

马勒霍夫回忆说，当潜艇在东太平洋下沿着8，000多英尺深，压力为地表大气压的250倍的加拉帕戈斯裂一米一米地探索前进时，突然，“阿尔文号”的前方隐隐出现了“这种金属质峭壁，它们全被熄火了的烟囱体和塔状体所盖住”。峭壁的前面是一片巨大的黄橙色开阔地，可是其边缘铺盖着各种巨蛤的遗体。这里的热液泉已经断流，但它们是在多久以前枯竭却无人知晓。然而，它们留下了大得惊人的硫化物矿床。马勒霍夫估计，此地可能有2.5千万吨的铜和锌，比传说中的特罗多斯矿山的矿石还要多。“阿尔文号”测量了一个矿体，它至少有115英尺厚，而长和宽大致为0.6英里和650英尺、

该热泉区的另一位考察者是俄勒冈州立大学的约翰 · 科尔利斯（John Corliss）。1971年，当科尔利斯在斯克里普斯海洋研究所结束学习时，板块构造还是一个新崛起的理论。地质学家渴望从新洋底产生的洋中脊、老洋底潜没回入地幔的消减带以及部分海底沿漂移大陆边缘发生挤压隆起的那些地区着手，分析大陆地质学之谜。在这些谜中就有多金属硫化物矿床的确切起源问题，因为当时已经看到，这种矿床不是局限于人们最熟悉的塞浦路斯矿山，而是遍布于全世界的岛弧及大陆边缘。

科尔利斯说：“到了七十年代初，虽然人们对硫化物矿床是由热水溶液形成的这种认识坚信不疑，但是谈论硫化物矿床是在海底生成的，却仅仅是一种萌芽。”这种见解的要点是，过热的水从上升岩浆中滤取各种金属、使它们在地表附近富集成矿，但是对这种过程的发生方式、发生地点以及热水采自何处等都知之甚微。

科尔利斯接着说：“水溶液是怎样产生金属硫化物的呢？这是一个头等重要的地质问题。”使人难以理解的是，金属硫化物极难完全溶解，而金属看起来却是从盐水中沉淀析出。

然而不久，实验室的试验证明，这些金属可以溶于炽热的盐水中。这要求温度必须为600°F或600°F以上，而且盐水上面必须要有很高的压力，以不让金属急骤汽化成蒸汽。在这种条件下，溶解的金属可同海水中的硫化合。而当这种水冷却时，金属硫化物就随即沉淀出来。

在六十年代中叶，考察红海——一个处在幼儿期的扩张中心——曾发现过红海海底的矿床和热泉。当时，没有一个人知道这些矿床和热泉是否仅见于新的扩张中心形成不久的那些地方。

到了1977年，这种矿床形成过程的大部分细节已经在理论上凑拢起来。在这一年，斯坦福海洋地质学家特耶德 · 范 · 安德尔（Tjeerd van Andel）撰写的《—个古大洋的往事：考察深海世界》—书问世了。安德尔和另一些海洋地质学家推断：在扩张中心，冷的海水通过裂隙向下渗透，当十分接近位于扩张中心下方1英里，温度高达2000°F的岩浆时，就淋溶出富金属的硫化物，然后再向上运移，冷却时就遗留下富集有用矿物的硫化物。至此，似乎已经真相大白。但是，大多数专家都未曾料到这种矿床会发展到大洋洋底。安德尔曾在书中写道，这个过程也许不会被进一步确证，“因为还没有有效的工具穿入洋壳找出矿体。”

与此同时，海底考察在东太平洋东部展开了。此地有着成年期的扩张中心，板块的分离相对较快。东太平洋中隆，加拉帕戈斯裂谷和其他一些地方的扩张速率每年达2.5英寸至10英寸之多。随着此后三年各种发现的报道，迫使安德尔动笔修改自己的大作，他在该书新增的最后一节中写道：“大量洋底矿床的发现，虽带有某种偶然性，但完全出乎意料，激动人心。”

在1977年进行的那次具有历史意义的加拉帕戈斯裂谷考察中，科尔利斯和海洋学家理查德 · 方，赫曾恩（Richard von Herzen）及伍德霍尔海洋研究所的罗伯特 · 鲍拉德（Robert Ballard）同乘“阿尔文号”来到8，000多英尺深的海底，那里寒气袭人，平均温度35°F。他们见到了一些奇异的泉眼。

温度相对较高的热水（约52°F）从中源源流出。虽然这次考察没有看到金属硫化物矿体，但它首次向科学界报告了一则惊人的消息：海底热水区生活着大量巨蛤、蟹、巨大的管状蠕虫以及靠吃化学物质为生的细菌。

第二年，一支由法国、墨西哥和美国科学家组成的考察队乘坐法国的“西安纳号”潜艇，继续进行了洋底考察。此次考察涉足到北纬21°的东太平洋中隆——加利福尼亚半岛南端附近的海域。就是在这里，考察队发现了大洋底的第一个多金属硫化物矿床。考察队采集的一块样品几乎全是纯的闪锌矿，它占重量的50 ~ 60%。

1979年，“阿尔文号”也来到北纬2 P处。美国地质调查所驻加利福尼亚门洛帕克办事处的比尔 · 诺马克（Bill Normark）和另外一些科学家在那里遇见了实验室中极难见到的情形：现在谓之黑色烟柱矿体的那种东西的初生景象。他们看到一座高高耸立的“烟囱”打嗝式地冒出一股滚滚流动的黑色流体。这“黑烟”结果弄清楚是悬浮的含铁硫化物。不久，他们又相继找到了另外一些“烟囱”。

诺马克回忆道：“我们把一个二米高的烟囱顶敲掉了半个，用机械臂将测温计送到其中探测温度。”潜艇上的仪表指向32.768'C，大约等于90°F。这是测量热水出口以来的最新实验。“我们完全沉浸在兴奋之中，”他说，“接着潜艇上的天线发回的无线电信号告诉我们，潜艇已离开这个地方。正好，仪表再没有出现任何一个高于32.768°0的读数。”

经过短暂的商议后，考察队重新将测温计塞进敲破了的热水出口。过了片刻，测温计上的塑料开始变软。后来他们发现它的表面变成了黑色。经核对数据后，知悉它不会烧焦，除非温度达到650°F左右。

当水处在650°F、压力为地表250倍的条件下时，它就几乎不具普通水的性质。它的浮力令人吃惊。而在这样高的压力下，水不能沸腾，随温度升高而发生膨胀。海底冷水的密度大致为1克/厘米³。但是，在650°F的条件下，膨胀作用可以使它的密度几乎减小一半。而当温度达到1100°F（这是岩浆房附近的温度）时，密度会下降到约0.1克。这种

过热流体能以惊人的速度穿过周围介质，即穿过地壳上升进入冷的海水。

频频传来的海底发现使许多科学家震惊不已、麻萨诸塞理工学院的地球化学家约翰 · 埃德蒙德（John Edmond）就是其中之一。他加入了研究行列，很快就弄清了热水直接滚滚流入冷而平静的海水这个过程中所发生的作用。并意识到，这种热液出口也许可以容易地运移出能从继后的海水冷却作用中沉淀出来的大量有用矿物。他说：“显而易见，这些过程（包括热液出口和通道供给有用矿物）就是塞浦路斯等地的硫化物矿床的形成过程。大陆上出现的这种矿床实际上就是扩张中心遗留下来的，被板块构造挤压上来的海底样品。”

继这些发现后，马勒霍夫于1981年在加拉帕戈斯裂谷找到巨型多金属硫化物矿床就不再带有偶然性的色彩。这个矿床距加拉帕戈斯扩张中心约700码，沿枕状玄武岩中的一条断层分布，枕状玄武岩是由铺盖在扩张中心附近海底的熔岩冷却形成。马勒霍夫认为，该硫化物矿床是由热的盐水从中央裂谷的垂向体系中迁移到这条断层后在那里直接形成。而大多数研究人员却主张，这矿床是在数千年前，沿这条断层生长出外壳，然后由扩张着的海底这条运输带慢慢地将成矿物质带到这里。

无论谁的意见正确，自那以后许多其它矿床被发现是无可非议的事实。在1981年末，深海挖掘机在华盛顿沿海的胡安德富卡裂谷找到了金属硫化物和热液出口区的证据。1982年，法国考察队在北纬12°的东太平洋地区发现了一个巨大的热液区，区内有着规模浩大的硫化物矿床，其延伸5英里长，整个延伸方向上星罗棋布着黑色烟柱体。

现在看来，地表的硫化物矿床多数是在有着强有力分离作用（每年3英寸或3英寸以上）的较老扩张中心诞生。而成矿物质也许是在分离比较缓慢的扩张中心形成，但是这仅能在海底产生。1982年秋季，彼得 · 罗纳在大西洋进行的一次潜水考察又带来了最大的发现。他在迈阿密以东约1，000英里的10，000英尺深的缓慢扩张中心处见到了最近才从热水溶液中沉淀出来的锰。而在裸露着的锰之下，有着在较早时候从冷海水中沉积下来的金属硫化物。

多金属硫化物矿床的形成时间，按照地质时期的尺度来衡量，也许几乎都可以说成是瞬间。单个矿体可能在几十年到几百年内形成，不断被扩张着的海底挤离中央裂谷。在强烈活动期，估计每年就有成千上万吨的物质添加给矿体，形成层层矿体相叠的贵观、而较老的矿层埋藏在沉积物之下，并且它们不断地被搬运离开扩张中心，最终消减回入地幔，或者偶尔上升隆起，并入岛弧和大陆。

美国地质调查所的诺马克对这些发现作出了一个可信的结论，“如今，大陆上就有来自海底的断块。所以，假如我们了解了这些断块在海底是怎样形成的，那么我们就会对大陆上的矿产远景了如指掌。”

而马勒霍夫则热心于直接开采这些矿床，但是其它科学家对此持有异议。麻萨诸塞理工学院的爱德蒙德认为直接开采这些矿床还为时过早。虽然，对采矿的实施有着重大分歧，但是科学家已经做了15，000英尺深度的海底采矿实验，采集到了像土豆那样散布在深海平原的锰结核。那么，开发硫化物矿床的日子何时来到呢？设立在加利福尼亚的海洋矿产公司总经理康拉德 · 威林（Conrad Welling）宣称：“科学考察和商业开采是大不相同的。至少需要十年我们才能弄清这些硫化物矿床是否可以开发。”

像威林这样的注重现实的人们还面临着另一个问题。即，至今还没有任何正式的法律条文允许在公海立桩划界，确定所有权以及保证开采利益不受侵犯。虽然在1982年春季，联合国正式通过了《海洋条约法》，但美国投了反对票。在美国所反对的条款当中，有一条就是对开采深海锰结核所作的规定。这一条款规定，私营公司必须同“国际海洋管理局”平分所有权。美国代表担心，官方的障碍和政策的变更会吓跑私人投资者，不再把钱“沉进”海底。而对于不受条约保护的公司，则要冒较大的风险。马勒霍夫认为，美国也许将把海底采矿集中到领海区内。

虽然立法界和商业开采界发生了矛盾，互相扯皮，但科学发现不可能因此减速。海底考察仅仅是个开始。海洋采矿专家威林说：“海洋是如此浩瀚，以致至今所做的工作仅相当于在得克萨斯掘了一个三千英尺长的洞，说了几句我们知道了得克萨斯的地质学。十五年前，我觉得自己算得上个‘海洋通’而现在，却对其只知鳞爪。”

[Science 1983年，1~2月合刊]