爱华网关于海底“锰结核”的观点——“熔岩颗粒”说
《海底“锰结核”的由来》
沉睡在大洋中的海底奇宝——“锰结核”已是大家十分熟悉的名称，这种含有锰、铁、镍、铜等30多种金属元素的凝结团块矿物，分布广泛，储量丰富。由于它极具开采价值的前景，自从1873年英国“挑战者”号考察船发现之后，引起世界各国的浓厚兴趣，科学家为了解这笔巨大财富的由来进行了长期勘探调查研究工作，但对于它的形成原因却至今未有定论。
锰结核主要蕴藏于各大洋4000~5000米的深海中，而大洋盆是地球上地质形成年代最晚（不到2亿年），地壳最薄，火山活动和熔岩喷发最剧烈的部位。已探明大洋盆的山峰都是死火山和活火山，那条首尾衔接横亘太平洋、大西洋、印度洋的海底山脉——大洋中脊，正是7000万年前白垩纪末期地球大爆发时地壳开裂后的最后弥合缝隙，大洋中脊山脉就是从地幔中喷涌出的大量熔岩堆积而成，大洋中脊中间部分那道又深又宽的凹槽（中央裂谷）和距离大洋中脊越近的海底岩石年龄越轻等现象便足以说明。
在白垩纪末期地球大爆发中以及后来的7000万年中从未间断的中脊山脉和分散的海底火山不断喷发时，由于巨大压力和温差（岩浆温度大多高达1000℃以上而深海水温一般只有4℃左右）引起的剧烈爆炸作用下，一些飞溅的分散岩浆，遇到冰冷的海水。冷却凝固为矿物质颗粒（像炼钢时沸腾飞溅的钢水滴冷却后凝固的钢渣），锰结核实际上就是从海底火山喷发的高温岩浆（主要是硅类）中由于元素熔点不同分离出来的，以地幔深处含量较多、熔点相近的金属元素为主（金属含量普遍达30%以上，其中最多的锰、铁元素又占约30%）与非金属元素混合构成的小块冷凝固结矿物。
锰结核往往沉积于一些玄武岩、红粘土和碎石浮屑的周围，玄武岩是熔岩冷却凝固而成，红粘土是火山灰尘的堆积物，碎石浮屑更是典型的火山喷发遗迹，这几种不同形态物质的共存恰恰证明了它们有着相同的形成原因。锰结核和大洋中脊裂谷底部的炽热岩浆从缝隙中缓慢流出时遇上冰冷海水骤然凝结形成的“海底热液矿”同样是地球内部地质作用的结果。
从锰结核的元素构成和物质结构的融合性、致密性可以看出它们不会是海水中矿物质在常温下的凝集沉淀物，这些元素（包括金属和非金属元素）的熔点都很高。只有在高温高压下才可能融合在一起，况且海水中矿物质元素主要是钠、钾、镁等，锰、铁类元素的平均含量微乎其微，，因此毫无疑问，锰结核是高温熔融矿物质的结晶体——即熔岩喷发过程中的产物。
至于一些锰结核像树木年轮一样层层环绕的同心层结构，究其原因是，许多海底火山爆发是持续时间相当长的过程，熔岩喷发时，最早冷却凝固的较小岩石颗粒，在海水中下落接触到仍处于熔融状态的岩浆时，受正在向上喷发岩浆的涌升力推动，又被喷发上去，同时外层粘上一层岩浆，这样在海水中反复上下翻滚对流，当达到一定重量时，熔岩喷发的顶托作用减弱，结晶颗粒便落在海底，于是形成了一层包裹一层的同心层结构。
这与冰雹的形成原理基本相同，在高空形成的小冰晶颗粒下降时，由于 地面热空气的顶托，在云层中反复上下翻滚，一层一层加大直到落地为止，因此，大型冰雹的特征——有中心核的雹胚和核外多层结构与锰结核的特征十分相似。
另外各种菜花状、葡萄串状的锰结核则是一些小颗粒矿物结晶在炽热岩浆中互相粘合形成的团块。至于在锰结核中发现动物骨骼，是因为，海底火山喷发时一些受害动物的残骸（如古鲸耳石、鲨鱼牙齿等）混合在岩浆中，冷却后包裹在锰结核里面自然也在所难免。
锰结核的分布区域、数量与地质构造密切相关，海底熔岩喷发频繁的海底山脉、地壳裂缝区域，锰结核覆盖面积大，密集度高，可以叠连成片（如夏威夷群岛附近的分布密度可达每平方米几十公斤）。在极少海底火山的大陆架和内海区域，缺乏形成锰结核的地质环境，所以基本上没有锰结核的分布。当然不能排除由于海底起伏地形与洋流冲刷作用造成锰结核从较高的地势向较低的地势移动后，出现在没有海底火山活动的深海区域。
锰结核的物质构成和形状则取决于喷发区域地幔深处的物质构成，不同海区地层中的元素含量不完全相同，因此太平洋与印度洋、大西洋的锰结核化学成分各有区别。锰结核的形状、硬度等因熔岩喷发强弱程度而存在差异，能量大、温度高的强烈喷发中生成的锰结核个体大（在菲律宾以东海域曾打捞出一枚重达850公斤的），质地较硬；反之能量小、温度低的喷发形成的锰结核个体较小（有的甚至像沙砾），硬度低，易破碎。
随着我们对海底世界认识的深入，锰结核成因的疑惑将会彻底解开，这种取之不尽的矿物资源正召唤着人们去开发利用以造福人类。
作者：建一
（此文原载《科学之友》2001年第10 期）
