现代海底热液活动的热和物质通量估算

对现代海底热液活动所导致的热和物质的通量研究是非常重要的,因为这不仅涉及到海洋环境研究的基础,而且涉及到海水性质的历史演化.当前对热通量估算的主要依据是来自对热液烟囱、低温扩散流及洋中脊的观测数据, 然而在对烟囱体热通量的估算中很少考虑同时存在的传导项,半空间冷却模型的热通量密度函数与实际数据误差较大.因此,应用了三种方法重新估算了热液活动的热通量:(1)通过烟囱体及扩散流估算的热液热通量为97.359 GW;(2)通过热液羽状体估算的热通量为84.895 GW;(3)利用所提出的指数衰减法,通过洋壳传导通量估算的热通量为4.11 TW.对物质通量估算的研究较少,其原因是现场观测数据太少.以大西洋中脊TAG区热液流体为代表首次估算了不同元素的物质通量.用不同方法所得估算值的差异反映了人类对热液活动的认知程度,系统地现场观测将有助于准确估算热液活动对海洋的贡献.     

西南印度洋脊49°39′E热液活动区IODP钻探计划的科学意义

自20世纪70年代以来,现代海底热液活动调查研究一直是地球科学领域研究的热点和焦点.中国大洋19航次第Ⅰ、Ⅱ航段于2007年3月在西南印度洋脊首次发现的海底热液活动区,为IODP在超慢速扩张洋脊热液活动区进一步的调查和研究创造了条件.为了能够更深入地开展该热液区的地质地球物理、矿产资源和生物多样性调查研究,笔者建议应在该区域开展IODP钻探研究,以便对热液活动区硫化物矿体、基岩及深部物质的三维分布和结构物质组成,热液流体与岩石、沉积物相互作用关系,以及热液循环、热及物质通量和成矿机制、成矿物质来源演化关系等方面得到更深入的认识,进而探索地球深部极端环境下的微生物生命现象.     

快速扩张的东太平洋海隆侧翼年轻深海丘陵的热液释放现象

大洋板块从洋中脊扩张后,经过热传导和热平流,大洋岩石圈冷却下来。据估算,50%的水热损失(5.5×1012W)和流体通量(2.3×1012m3/a)来自于5Ma或者更年轻的海底。来自0.1～5Ma的地壳流体循环的大量矿物沉降,可以解释地震速度的快速增加,上地壳孔隙度和渗透率随年龄增加而降低,以及504B孔岩心中约6.9Ma时的玄武岩蚀变和矿脉层。虽然发现了洋脊侧翼通量增大的证据,但是由于缺少勘探和足够的知识来了解洋脊侧翼的热液如何释放至海底,对于如此大范围的海底热液喷口的直接观察进行地很少。沿着洋中脊顶部已经发现了上百座活动喷口,在这里已经进行…     

西南印度洋脊49°39′E热液活动区IODP钻探计划的科学意义

自20世纪70年代以来,现代海底热液活动调查研究一直是地球科学领域研究的热点和焦点。中国大洋19航次第Ⅰ、Ⅱ航段于2007年3月在西南印度洋脊首次发现的海底热液活动区,为IODP在超慢速扩张洋脊热液活动区进一步的调查和研究创造了条件。为了能够更深入地开展该热液区的地质地球物理、矿产资源和生物多样性调查研究,笔者建议应在该区域开展IODP钻探研究,以便对热液活动区硫化物矿体、基岩及深部物质的三维分布和结构物质组成,热液流体与岩石、沉积物相互作用关系,以及热液循环、热及物质通量和成矿机制、成矿物质来源演化关系等方面得到更深入的认识,进而探索地球深部极端环境下的微生物生命现象。     

现代海底超镁铁质岩系热液系统与地质意义

现代海底热液循环与洋中脊地质过程一直是国际洋中脊计划研究的热点.海底热液系统多数都与海底玄武岩及其水-岩反应直接相关,而一类与深海橄榄岩的产出及其蛇纹石化作用有关的海底热液系统——超镁铁质岩系热液系统,以具有高浓度H2和CH4异常而低SiO2浓度为显著特征,主要分布在慢速扩张大西洋中脊和超慢速扩张北冰洋Gakkel洋脊和西南印度洋中脊.超镁铁质岩系热液系统在流体组成、构造背景和硫化物成矿方面与玄武岩热液系统有很大差异,主要表现在地幔来源超镁铁质岩石的普遍出露、喷口流体高的H2和CH4异常以及硫化物中高Co/Ni比值.超镁铁质岩系热液系统的发现丰富了全球洋中脊热液系统的研究内容,对洋中脊地质过程、海底热液活动及其成矿作用研究具有重要意义.     

大洋中脊海底热液系统的演化特征及其成矿意义

大洋中脊海底热液系统的演化与成矿是复杂、综合的地质过程.归纳、分析了前人研究的资料认为,热源供给和热液活动构造体系是控制热液系统演化与成矿的关键因素.在快速扩张洋中脊热液系统中,岩浆的供给充裕,构造体系渗透性极好,演化时间较短,海底的热液循环输出过程可分为发生、持续和衰退3个阶段;在慢速扩张洋中脊热液系统中,岩浆的供给...     

西南印度洋中脊51°E(#26洋脊段)地质特征及其对海底热液活动的指示

在海底多金属硫化物调查过程中，对于已知热液区需要精细地质填图工作，而这种填图往往存在覆盖面积较小、所包含的地质要素较少以及与区域构造作用和岩浆活动联系不足等问题。基于历年大洋航次在西南印度洋中脊#26洋脊段（51°E区域）所获得的深海光学拖曳系统的资料，结合高精度多波束水深数据，提出一种系统的底质热液异常划分原则，识别出热液蚀变岩石或角砾、疑似热液沉积物、热液生物及其遗骸富集和胶结碳酸盐4种底质热液异常类型。高分辨率海底地质填图结果表明，本区存在4处热液活动的异常区。#26洋脊段热液活动频率值为2～10，至少是全球海底热液活动频率经验公式的1.8倍以上。我们认为在超慢速扩张脊局部熔融异常或者发育非转换不连续带的洋脊段，可能存在更多的海底热液活动，也具有形成大型多金属硫化物矿床的潜力。     

东北太平洋热液活动模式初探

继大洋多金属结核被发现之后,海底热液矿床又成为重要的大洋多金属矿产之一海底热液活动向大洋输送物质的通量及海洋物质收支平衡的研究成为当前海底热液活动研究的热点.东北太平洋是大洋多金属结核的主要分布区.     

下洋壳的冷却

洋壳是由地幔熔融物在扩张洋脊处的结晶作用形成的,熔融物携带的热会在传导和热液循环中消除掉。虽然热液流为海洋提供了一个莺要的地球化学通量,但是人们对洋壳内热液冷却的分布了解得并不多（Schultz和Elder—field,1997;Mottl,2003）。我们对活动扩张脊进行地球物理、地质、岩石学研究,将研究结果用来研制快速扩张脊洋壳增生的概念模式（Quick和Denlinger,1993;Boudier等,1996;Kelemen等,1997）。     

全球热液场的分布

岩浆平衡假设认为岩浆供给的变化是大尺度上控制大洋扩张脊热液场分布模式主要因素。这个理论较为简单,但是一些因素的存在使得验证这个假设较为复杂,如热通量测量的匮乏、岩浆作用与热液作用在时间上的延迟、渗透率的作用、非岩浆热源以及热液场勘探的不确定性。在此,为了验证这个理论,我们总结目前全球活动热液场分布的认识。目前,已发现的活动热液场大约有280个,约为预计数量（1000）的四分之一。到目前为止,大约占全球洋脊20％的部分已经开展了以寻求活动热液场为目的的勘探活动,但是其中仅一半积累了足够多的数据进行统计分析处理。根据11个总长度为6140km的洋脊段数据,我们发现在热液场频率或者热液羽状流发生率与岩浆平衡之间存在强烈的线性关系,其中岩浆平衡是通过洋壳的厚度推算得出。对于扩张速率在10—150mm／yr之间的洋脊,这种线性关系强烈支持岩浆平衡假设。次级的控制因素包括渗透率和深大断裂所提供的额外热量,其中渗透率的影响随着扩张速率的减小而增强,而深大断裂所提供的热量则可以通过以下几种方式获得：上地幔的直接冷却,辉长岩侵入体的冷却以及下覆超镁铁质岩的蛇纹岩化作用。初步的观测以及理论表明在受热点影响的洋脊热液活动相当贫乏,然而数据缺乏妨碍了认识的获得。虽然我们的全部结论来自于详细研究热液场的频率,特别是在慢速扩张洋脊,但也与全球海洋^3He（一种可靠的岩浆指示剂）的分布一致。     

Heat and mass flux estimation of modern seafloor hydrothermal activity

1Introduction Heat flux yielded by modern seafloor hydrother-mal activity could be next only to heat radiation fromthe sun to the earth, and be similar to energy pro-duced by volcanism. And mass flux of hydrothermalactivity could be close to that of river…     

Heat and mass flux estimation of modem seafloor hydrothermal activity

Research on heat and mass flux yielded by modern seafloor hydrothermal activity is very important, because it is involved not only in the base of ocean environment research, but also in the historical evolution of seawater properties. Currently, estimating heat flux is based on the observation data of hydrothermal smokers, low-temperature diffusive flow and mid-ocean ridge mainly. But there are some faults, for example, there is lack of a concurrent conductive item in estimating the heat flux by smokers and the error between the half-space cooling model and the observation data is too large. So, three kinds of methods are applied to re-estimating the heat flux of hydrothermal activity resepectively, corresponding estimation is 97. 359 GW by hydrothermal smoker and diffusive flow, 84.895 GW by hydrothermal plume, and 4. 11 TW by exponential attenuation method put forward by this paper. Research on mass flux estimation is relatively rare, the main reason for this is insufficient field observation data. Mass fluxes of different elements are calculated using hydrothermal vent fluid data from the TAG hydrothermal area on the Mid-Atlantic Ridge for the first time. Difference of estimations by different methods reflects the researching extent of hydrothermal activity, and systematically in - situ observation will help to estimate the contribution of hydrothermal activity to ocean chemical environment, ocean circulation and global climate precisely.     

东北太平洋Explorer Ridge热液羽状流位温浊度异常和物质能量通量估算

深海热液流体与周围海水之间存在明显的物理和化学差异,通过检测海水的位温浊度异常是探测深海热液活动的重要手段之一。本文采用"海底火山带项目（Submarine Ring of Fire 2002）"拖曳式温盐深测量仪数据资料,研究了东北太平洋Explorer Ridge热液场的水文特征及物质能量通量的释放。结果表明Explorer Ridge热液场热液羽状流中性浮力层所在深度范围约为1 600~1 900 m,距离海底的高度约为200 m,最大位温、盐度和浊度异常分别为0.04℃、0.004和0.18 NTU;中性浮力层热液羽状流帽呈椭圆结构,其长轴与洋中脊线重合,羽状流帽总面积约为27 km2;热液羽状流在中性层范围内存在明显的分层现象,通过经验公式计算得到Explorer Ridge热液场观测范围内热液喷口的总的浮力通量为6.19×10-2 m4/s3,平均值为2.063×10-2 m4/s3;总的体积通量为9.884×10-2 m3/s,平均值为3.295×10-2 m3/s;总的热通量为194.9 MW,平均值为64.967 MW。     

Heat flux estimate of warm water flow in a low-temperature diffuse flow site, southern East Pacific Rise 17°25′ S

A low-temperature diffuse flow site associated with abundant vent fauna was found by submersible observations on the southern East Pacific Rise at 17°25′ S in 1997. This site was characterized by thin sediment covered pillow and sheet lavas with collapsed pits up to ∼15 m in diameter. There were three warm water vents (temperature: 6.5 to 10.5 °C) within the site above which the vented fluids rise as plumes. To estimate heat flux of the warm water vents, a temperature logger array was deployed and the vertical temperature distribution in the water column up to 38 m above the seafloor was monitored. A stationary deep seafloor observatory system was also deployed to monitor hydrothermal activity in this site. The temperature logger array measured temperature anomalies, while the plumes from the vents passed through the array. Because the temperature anomalies were measured in only specific current directions, we identified one of the vents as the source. Heat flux from the vent was estimated by applying a plume model in crossflow in a density-stratified environment. The average heat flux from September 13 to October 18, 1997 was 39 MW. This heat flux is as same order as those of high-temperature black smokers, indicating that a large volume flux was discharged from the vent (1.9 m³/s). Previous observations found many similar warm water flow vents along the spreading axis between 17°20′ S–30′ S. The total heat flux was estimated to be at least a few hundred mega-watts. This venting style would contribute to form effluent hydrothermal plumes extended above the spreading axis.     

上层海洋对热带气旋的响应与反馈研究进展

对60年来有关上层海洋与热带气旋(Tropical Cyclone,TC)的响应与反馈的研究进行了回顾,通过观测手段的完善和改进模式的应用,人们的认识不断提高:TC直接激发的近惯性流最大可达1 m/s,其导致的强烈的剪切造成混合层对下层冷水的夹卷是引起混合层降温的主要原因,并往往伴随着混合层深度的增加,这一影响在TC右侧更为最著,并可延续几天到几十天不等。TC导致的混合层降温会使得海洋输出的热通量减少,反过来削弱TC的强度,形成一个负反馈,而海洋特殊的热力和环流结构(如暖涡、洋流等)则对TC有正反馈。所以了解TC经过前的海洋初始场对研究TC与海洋之间的相互作用、对预测,TC的强度、路径变化等尤其重要;通过准确的初始场结合越来越完善的模式可以对TC进行更真实的模拟和预测,使得对TC准确的预报和预警成为可能。     

海底大型多金属硫化物矿体内的流体过程

海底多金属硫化物矿体内热场和流场分布控制着多金属硫化物矿体的形成过程和成矿机制.在大洋钻探计划(ODP)和已有模拟实验研究的基础上,构建了一个具有三层结构的非均质海底多金属硫化物矿体模型,并利用地下热水系统体系模拟软件(Hydrothermal)模拟了不同渗透率情况下多金属硫化物矿体内部热场和流场的形态特征.模拟结果表...     

热液活动区数目和洋脊扩张速率的关系及其在冲绳海槽的应用

根据11段洋脊上已经公布的热液活动区数目和扩张速率,建立了洋脊扩张速率和热液活动区数目之间的关系,发现洋脊的扩张速率越高,其上发育的热液活动区数目就越多。两者之间可用一个线性关系式来描述:Ph=0.000 199 294 89Us-0.000 625 479 19,其中,Us为洋脊的扩张速率(mm/a),Ph为单位洋脊上热液活动区的数目(个/km)。依据上述关系,在已知洋脊扩张速率的情况下可以预测洋脊上热液活动区的数目。冲绳海槽前期的扩张(拉张)速率很低,一般为15 mm/a左右。根据地震剖面计算了冲绳海槽现代扩张速率约为42 mm/a。总体上,冲绳海槽直到目前仍为一个低速扩张(拉张)的孤后盆地,但扩张(拉张)速率有明显加快的趋势,所得到的关系式能够较好地符合冲绳海槽的情况,这一方面验证了给出的热液活动区数目和扩张速率之间关系的合理性,另一方面也说明我们对冲绳海槽近期扩张(拉张)速率讨论的合理性。根据在冲绳海槽的应用结果,我们预测冲绳海槽仍然存在尚未查明的热液活动区。     

Heat,volume and chemical fluxes from submarine venting: A synthesis of results from the Rainbow hydrothermal field, 36°N MAR

High-temperature hydrothermal activity occurs in all ocean basins and along ridge crests of all spreading rates. While it has long been recognized that the fluxes associated with such venting are large, precise quantification of their impact on ocean biogeochemistry has proved elusive. Here, we report a comprehensive study of heat, fluid and chemical fluxes from a single submarine hydrothermal field. To achieve this, we have exploited the integrating nature of the non-buoyant plume dispersing above the Rainbow hydrothermal field, a long-lived and tectonically hosted high-temperature vent site on the Mid-Atlantic Ridge. Our calculations yield heat and volume fluxes for high-temperature fluids exiting the seafloor of ～0.5 GW and 450 L s^?1, together with accompanying chemical fluxes, for Fe, Mn and CH₄ of ～10, ～1 and ～1 mol s^?1, respectively. Accompanying fluxes for 25 additional chemical species that are associated with Fe-rich plume particles have also been calculated as they are transported away from the Rainbow vent site before settling to the seabed. High-temperature venting has been found to recur at least once every ～100 km along all slow-spreading ridges investigated to-date, with half of all known sites on the Mid-Atlantic Ridge occurring as long-lived and tectonically hosted systems. If these patterns persist along all slow- and ultraslow-spreading ridges, high-temperature venting of the kind reported here could account for ～50% of the on-axis hydrothermal heat flux along ～30,000 km of the ～55,000 km global ridge crest.     

海底热液成因含金属沉积物的研究现状及展望

海底热液成因含金属沉积物广泛分布于全球各大洋与弧后活动扩张中心、大洋玄武岩上覆沉积层的底部以及板内火山的顶部等区域.块状硫化物烟囱体经氧化蚀变发生再沉积作用、热液羽流的扩散和沉降作用或低温弥散流的直接沉淀均可形成含金属沉积物.尽管不同热液区的含金属沉积物在矿物和化学组成上具有一定的差异,但其相对正常远洋沉积物均表现为富...