概述
海底“黑煙囪”現代海底“黑煙囪”的研究始於1977年，當時，美國的阿爾文(Alrin)號載人潛艇在東太平洋洋中脊的軸部採得由黃鐵礦、閃鋅礦和黃銅礦組成的硫化物。1979年又在同一地點約2610—1650米的海底熔岩上，發現了數十個冒著黑色和白色煙霧的煙囪，約350℃的含礦熱液從直徑約15厘米的煙囪中噴出，與周圍海水混合後，很快產生沉澱變為“黑煙”，沉澱物主要由磁黃鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦和銅-鐵硫化物組成。這些海底硫化物堆積形成直立的柱狀圓丘，稱為“黑煙囪”。海底“黑煙囪”的發現及其研究是全球海洋地質取得的最重要的科學成就。
海底“黑煙囪”的形成主要與海水及相關金屬元素在大洋地殼內熱循環有關。由於新生的大洋地殼溫度較高，海水沿裂隙向下滲透可達幾公里，在地殼深部加熱升溫，溶解了周圍岩石中多種金屬元素後，又沿著裂隙對流上升並噴發在海底。由於礦液與海水成分及溫度的差異，形成濃密的黑煙，冷卻後在海底及其淺部通道內堆積了硫化物的顆粒，形成金、銅、鋅、鉛、汞、錳、銀等多種具有重要經濟價值的金屬礦產。世界各大洋的地質調查都發現了黑煙囪的存在，並主要集中於新生的大洋地殼上。
成因探秘
北冰洋海底發現的如同“黑煙囪”的熱噴泉20世紀70年代以來，工業化生產一直保持迅猛發展勢頭，能源消耗連年遞增，已開發國家高聳入雲的大煙囪日以繼夜地噴涌著濃重的煙塵。對陸地有限的自然資源連續多年大規模機械化採掘和源源不斷地燃燒已使其貯量日趨枯竭。為此，世界各國紛紛將人類未來資源的希望傾注于海洋，並開始了海底探礦尋寶的熱潮。
自1977年10月美國伍茲霍爾海洋研究所所屬深海潛艇“阿爾文”號在加拉帕戈斯群島海域率先發現海底熱泉生態區以來，海洋學家又先後在墨西哥西部沿海以北的北緯10°海底和北緯21°的胡安·德富卡海峽下勘察到大規模熱泉區並分別進行過數次綜合考察。胡安·德富卡海底熱泉區中擁有多處噴涌升騰礦物質的黑煙囪。這些奇異的自然景觀引起了科學家極大的興趣和關注，他們近期的科學考察又獲得新的收穫和重要的發現。
距西雅圖以西300英里處太平洋海下，胡安·德富卡板塊不斷與太平洋板塊碰撞，因此造成沿胡安·德富卡海峽海底地層出現坼裂和擴張，地球內部源源不絕噴涌而出的熔岩冷卻固著成新的海底地殼並將古老的海床置於其下並取而代之。海水在地心引力作用下傾瀉深入地裂中，同時形成海底環流將熔岩中大量的熱能和礦物質攜帶和釋放出來。當熾熱的海水再度噴射到裂縫上冰冷的海水中，其中的礦物質被溶解並形成一縷縷漆黑的煙霧。礦物質遇冷收縮最終沉積成煙囪狀堆積物，地裂中熱液順煙道噴涌而出形成景致奇異、妙趣橫生的海底熱泉。
發現底棲生物
在阿爾文機械手的協助下，對海底熱液進行高溫原位測量加利福尼亞州蒙特雷水族生物研究所海洋地質學家德布拉·斯特克斯確悉，海底黑煙囪的構築絕非僅僅是地質構造活動的結果。其中神奇莫測的熱泉生物建築師的艱辛勞作也功不可沒，不容忽視在熱泉口周圍擁聚生息著種類繁多的蠕蟲，其中管足蠕蟲可長到18英寸，它們獨具特色的生存行為特別引人注目。斯特克斯和助手特里·庫克發現這些底棲生物在營造煙囪中起著至關重要的作用。
為查明黑煙囪礦物成分，斯特克斯從3座黑煙囪內採集了18英寸長的岩心，經潛心研究後才揭示了其中奧秘。他們發現岩心上布滿了含有硫酸鋇亦稱重晶石的凹陷管狀深孔，研究人員確認這些管狀孔穴系蠕蟲長期生存行為的結果。鑒於熱泉口旁蠕蟲遍布，因此尚難斷定究竟哪些蠕蟲擅長打洞築巢。
從管洞外形來看極有可能是活躍喜遷居的管足蠕蟲長期挖掘作業的產物。解剖分析表明，管足蠕蟲內臟中的細菌可從熱液所含亞硫酸氫鹽中獲取氫原子維持生命，細菌還可把海水中的氫、氧和碳有機地轉化生成碳水化合物，為蠕蟲提供生存所需的食物。這種化學反應的結果遺留下硫元素，蠕蟲排泄的硫又促使海水中的鋇和硫酸發生催化反應。常此以往蠕蟲死後便在熔岩中遺留下管狀重晶石穴坑。
它們開鑿的洞穴息息相通猶如礁岩迷宮，從而使熱液將礦物質源源不斷地輸送上來並堆集煙道。當黑煙囪在熱泉周圍落成後，熔岩上深邃的管狀洞口穴就成為礦物熱液外流的通道從而形成海底黑煙熱泉奇觀，直到通道自身被礦物結晶體堵塞才告停息。從多處海底熱泉採樣分析來看，礦產資源豐饒種類繁多品位極高。
分布範圍
海底“黑煙囪” 海底“黑煙囪”是地殼活動，在海底反映出來的現象。它分布在地殼張裂或薄弱的地方，如大洋中脊的裂谷、海底斷裂帶和海底火山附近。大西洋、印度洋和太平洋都存在大洋中脊，它高出洋底約3000米，是地殼下岩漿不斷噴湧出來形成的。洋脊中都有大裂谷，岩漿從這裡噴出來，並形成新洋殼。兩塊大洋地殼從這裡張裂並向相反方向緩慢移動。在洋中脊里的大裂谷往往有很多熱泉，熱泉的水溫在300攝氏度左右。大西洋的大洋中脊裂谷底，其熱泉水溫度最高可達400攝氏度。在海底斷裂帶也有熱泉，有火山活動的海洋底部，也往往有熱泉分布。除大洋中脊有火山活動外，在大陸邊緣，受洋殼板塊俯衝擠壓形成山脈的同時，往往有火山噴發，在它的附近海底也會有熱泉分布。
海底“黑煙囪”是一個非常奇異的現象：蒸汽騰騰，煙霧繚繞，煙囪林立，好象重工業基地一樣。而且在“煙囪林”中有大量生物圍繞著煙囪生存。煙囪里冒出的煙的顏色大不相同。有的煙呈黑色，有的煙是白色的，還有清淡如暮靄的輕煙。經分析發現“煙囪”噴出的物質中含有大量的硫磺鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦和銅、鐵的硫化物等物質，對硫磺鐵礦的液體進行測定表明，其外壁由石膏、硬石膏、硫酸鎂組成，而與熱水接觸的內壁，則為粗大的結晶黃銅礦和黃鐵礦。最外層富含重晶石、非晶質二氧化矽。“煙囪”底部有黑色細粒沉澱物，其中含有閃鋅礦、硫磺鐵礦、黃鐵礦及鉛鋅礦和硫等。在其周圍的水樣中氦-3和氫錳的含量較高。海底熱泉並不只是這一處。科學家們在太平洋、印度洋、大西洋的中脊和紅海等地相繼發現了許多正在活動的和已經死亡的“煙囪”。
生物形態
海洋中那些彎彎曲曲的線就是洋中脊，圓點區域表示已經發現有熱液的地點不同緯度、地形和深度的海洋，具有不同的物理及化學條件，因此造就了特色不一、各式各樣的海洋生物。在1979年以前，許多科學家都認為深海海底是永恆的黑暗、寒冷及寧靜，不可能有所謂的生命。但是1979年，科學家首次在 2，700 公尺的海底發現熱泉，並觀察到和已知生命極為不同的奇特生命形式，進而改變了對地球生命進化的認知。2000年12月4日，科學家又在大西洋中部發現另一種熱泉，結構完全不同，他們把它命名為失落的城市，再度引發了科學家對海底熱泉的研究熱潮。海底熱泉是指海底噴泉，原理和火山噴泉類似，噴出來的熱水就像煙囪一樣，發現的熱泉有白煙囪、黑煙囪、黃煙囪。在宜蘭龜山島所發現不斷往上噴出的海底熱泉，是一種黃煙囪，這是因為海底冒出大量硫磺所造成的現象，也是近年來發現最大的近海海底熱泉，水深從二、三公尺到三十幾公尺，約有八、九處之多。在深海熱泉泉口附近均會發現各式各樣前所未見的奇異生物，包括大得出奇的紅蛤、海蟹、血紅色的管蟲、牡蠣、貽貝、螃蟹、小蝦，還有一些形狀類似蒲公英的水螅生物。
即使在熱泉區以外像荒蕪沙漠的深海海底，仍出現了蠕蟲、海星及海葵這些生物。熱泉生物能夠生存完全是依靠化學自營細菌的初級生產者。在黑煙囪噴出的熱液里富含硫化氫，這樣的環境會吸引大量的細菌聚集，並能夠使硫化氫與氧作用，產生能量及有機物質，形成化學自營現象。這類細菌會吸引一些濾食生物，或者是形成能與細菌共生的無脊椎動物共生體，以氧化硫化氫為營生來源，一個以化學自營細菌為初級生產者的生態系便形成了。
生命起源說
汪品先院士2009年2月，中科院院士、同濟大學海洋學系教授汪品先表示，近30年來隨著深海生物科研的不斷深入，科學界有看法認為：生命可能起源於深海“黑煙囪”；而英國傑出的生物學家、進化論的主要奠基人達爾文自己也曾假設過，生命可能起源於“一小灘熱水”。
2009年2月12日是達爾文誕辰200周年，達爾文的著作《物種起源》發表至今也有150周年。汪品先說，人類對深海生物的認識基本上都是在最近30多年裡形成的，科學家在世界各地的大洋海底相繼發現海底熱液和“黑煙囪”，並在“黑煙囪”旁發現很多生物，形成與人們常識迥異的生物群和食物鏈。其中，最具有代表性的生物是3米長的管狀蠕蟲。這類蠕蟲沒有口腔和肛門，靠體內的硫細菌供給營養。
巧合的是，科學家最早發現海底“黑煙囪”的加拉帕戈斯群島，達爾文在19世紀30年代環球考察時也曾停留過。他在那裡觀察燕雀，發現不同種群燕雀的喙尖形狀不同。那段時間是達爾文形成進化論思想的關鍵時期。汪品先說，“黑煙囪”附近生物鏈的基礎是細菌，細菌通過化學作用吸取地熱帶出來的能量，形成各級生物鏈的營養源。“黑煙囪”附近生物鏈的生存環境，與太古代生命起源時期類似。太古代時期沒有綠色植物，沒有光合作用產生的大量氧氣。
光合作用也可能起源於深海。科研人員在大西洋深海熱液口發現，有一種蝦的背上有感光區，能夠感知藍綠光線。另外，美國科學家在5000米深的海底曾關閉深潛器燈光5分鐘，在熱液口發現光線。“這種光顯然被最早的某一種生物利用了，這個時候光合作用效率高的優越性就起來了，把生物的演化往前推進。”
汪品先說，達爾文在1871年給一個人的信裡面講到，生命最早很可能在一個熱的小的池子裡面，也就是後人講的“原始湯”。達爾文生活的年代對深海基本還是一無所知，這個想法經過很多年都沒有證實。近30年來深海生物科研的重大突破則是對這種構想的佐證。汪品先表示，海底生物的豐富性遠遠超出人們的想像。根據估計，地球上活的生物量，有30%是在海底地下，原核生物（細菌）有55%到85%是生活在地底下。在近海地區，一立方厘米海水中就有1億個微生物。陸地生物的活動範圍基本在0米到30米高空之間，而海水的平均深度是3800米，海水地下生物的分布也有若干千米。
利用價值
‘黑煙囪’標本生命起源的古老物質擁有巨大經濟價值，現在陸地上的礦物質已經開採將盡，各國都把眼光集中到了海底開採，尤其是含礦物質最豐富的海底“黑煙囪”，而實際上，這些礦石含金，而且可以綜合利用，冶煉出更多寶貴物質，現在卻被大量浪費著。海底黑煙囪的形成很不易，長几十米高要用幾千年時間，以現在的開採速度，這些礦點十幾年就會成廢礦。
相關研究
中國出版的《岩石學報》封面上刊登的中國科學家發現的完整的海底“黑煙囪”切面中國科學家經過長期不懈的野外“追蹤”，終於在世界上首次發現完整的古海底“黑煙囪”，這些億萬年前生長在海底的“黑煙囪”不僅能噴“金”吐“銀”、形成海底礦藏,而且很可能和生命起源有關。
現代海底黑煙囪及其硫化物礦產的發現，是全球海洋地質調查近10年中取得的最重要的科學成就之一，因其和海底成礦、生命起源等重大問題有關而成為國際科學前沿。但因現代“黑煙囪”分布在海底，僅有美、德、法、加、日等少數國家有能力開展研究。科學家於是將目光投向了陸地上的“黑煙囪”化石，但迄今僅在俄羅斯、愛爾蘭發現3億至4億年前的“黑煙囪”殘片。
繼2005年發現古老大洋地殼殘片後，2007年長期在野外奔波的北京大學李江海課題小組首先在山西五台山地區發現了古海底“黑煙囪”殘片。2007年當年10月終於又在河北興隆發現了保存完整的古老“黑煙囪”,初步判斷其地質年齡約有14.3億“歲”。
專家描述道:14億多年前,華北地區仍是一片汪洋大海,河北興隆一帶正處於大陸裂谷最深的海底上。在海水循環加熱後,這些兩到三厘米高的“黑煙囪”成為黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦等地殼內部礦物質噴涌而出的通道,“黑煙囪”周圍聚集了蓬勃的微生物群落。中國出版的《岩石學報》封面上刊登的我國科學家發現的完整的海底“黑煙囪”切面；“黑煙囪”周圍繁衍生存著不需要陽光也能夠生存的深海微生物。
另據推測，中國國甘肅和雲南地區，應該有幾億年前的海底黑煙囪的跡象。
