海底尋寶丨噴金吐銀的神奇“黑煙囪”
導讀
約占地球表面71%的海洋里蘊含著豐富的礦產資源，海底熱液硫化物（Volcanogenic massive sulphide ore deposits, VMS）是其中極具代表性的一類。上世紀科考發現海底存在大量類似火山噴發的熱液異常區，其周圍區域存在多種金屬礦產和新生物群落，俗稱“黑煙囪”。借助島津電子探針(EPMA)高靈敏度特性，在某批采集于我國專屬海底礦產資源區的熱液硫化物中，成功探測到微量貴金屬Au-Ag包裹體，為其科研和開采價值提供了有效的數據支撐。
海底神奇“黑煙囪”
伴隨著人口激增、工業高速發展，人類對礦產資源的索取成指數級增長。然而，陸地資源日漸匱乏，于是人類開始把目光投向更為廣袤的海洋。海洋礦產資源種類豐富，按照海洋礦產資源形成的海洋環境和分布特征，從濱海、淺海至深海分布有：濱海砂礦、石油與天然氣、磷鈣土、多金屬軟泥、多金屬結核、富鈷結殼、熱液硫化物以及天然氣水合物（即可燃冰）等。
上世紀60年代，科考發現海底的熱液異常，隨后又觀測到大量正在噴發的海底“黑煙囪”，以及在其周圍形成的大量多金屬軟泥及冷卻結晶形成的金屬硫化物礦物，包含有Cu、Zn、Mn、Co、Ni等，及Au、Ag、Pt等貴重金屬元素，并觀察到大量新生物種群。
“熱液硫化物”主要出現在2000米水深的大洋中脊和斷裂活動帶上，是海水侵入海底裂縫，受地殼深處熱源加熱，溶解地殼內的多種金屬化合物，再從洋底噴出的煙霧狀的噴發物冷凝而成的，被形象地稱為“黑煙囪”。
這些億萬年前生長在海底的“黑煙囪”噴“金”吐“銀”，形成含有銅、鋅、鉛、金、銀等多種元素的海底礦藏，具有極高的開采意義。據科學家初步估算，僅紅海中的熱液硫化物中就有鐵2400萬噸、銅106萬噸、鋅以及伴生的鉛、銀和金290萬噸?！盁嵋毫蚧铩币殉蔀閲H日益關注的海底礦藏。
礦物中貴金屬的電子探針測試特點
貴金屬之所以貴重，一個重要原因就是其資源相對稀缺，天然形成的礦物中貴金屬含量很低，所以對測試儀器的靈敏度要求極高。
島津電子探針通過配置52.5°的高位特征X射線取出角以及兼具靈敏度和分辨率的同一4英寸羅蘭圓的全聚焦分光晶體，使之在對微量貴金屬的測試中具有很大的優勢。
島津電子探針分析熱液硫化物中貴金屬
由于微量貴金屬的直觀分布表征對儀器的測試靈敏度要求較高，此處使用島津電子探針EPMA對在我國某專屬海底熱液活動區取樣的熱液硫化物中元素分布特征進行面分析。
熱液硫化物礦物被散射電子像及S、Zn、Fe、Cu元素面分布圖
S、Zn、Fe元素面分布圖顯示，該熱液區硫化物礦物主要由閃鋅礦、黃鐵礦為代表的復雜Zn系列和Fe系列硫化物構成，包括一些黃銅礦（Cu-Fe-S系列）包裹體，且同一礦物顆粒不同位置成分差異較大；在閃鋅礦中發現了Fe的異常分布帶。
熱液硫化物礦物中微量Au、Ag的元素面分布特征
Au、Ag元素面分布圖顯示，閃鋅礦邊界存在Au-Ag包裹體（背散射電子像中白亮顆粒）；研究表明，包體金一般包裹于其他寄主礦物，寄主礦物主要是閃鋅礦和黃鐵礦，此處為含鐵閃鋅礦，經溶蝕作用后被暴露于閃鋅礦晶體邊界。
熱液硫化物礦物中微量Au、Ag的元素確認
關于包體金的形成機制，有些學者認為硫化物在生長過程中，從富金流體中吸附Au+，在硫化物的表面被還原從而生成包體金。也有學者認為包體的形成是因為Au含量超過其在寄主礦中的溶解度極限，或是從準穩定態的寄主礦中析出。
結語
借助島津電子探針對某處的熱液硫化物進行分析，發現了微量貴金屬Au-Ag包裹體，顯示其經溶蝕作用后被暴露于閃鋅礦晶體邊界。說明了海底熱液硫化物的開采價值，也驗證了島津電子探針在測試微量元素方面的高靈敏度特征。
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