民國115年 高考三級 地質 資源地質與礦床學
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題目
請說明黑煙囪（black smoker）的成因及其特徵。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、定義：黑煙囪（black smoker）係發育於海底熱液系統噴口處的柱狀硫化物堆積體，因噴出的高溫、酸性、富含金屬的流體與冷海水混合後，細粒金屬硫化物大量沉澱，使水柱呈黑色煙霧狀而得名；為海底熱液噴泉（hydrothermal vent）中最典型的高溫型態。
- 二、成因機制：(1)海水沿洋中脊、弧後盆地或海底火山裂隙下滲，深度可達數公里；(2)受岩漿體或高熱流加熱至350℃以上，並與玄武岩、沉積物進行水岩反應，淋濾出Fe、Cu、Zn、Mn、Pb、H₂S、CH₄、SiO₂；(3)低密度熱流體沿斷層與裂隙快速上升，避免與冷海水過度混合；(4)噴出海底後與4℃海水混合，溫度與pH驟變，金屬硫化物與硫酸鹽達到過飽和而沉澱，於噴口周圍逐層堆積成煙囪。
- 三、流體與構造特徵：噴口溫度約200–400℃，pH約2–4，呈酸性、還原、貧氧；煙囪體由硬石膏（anhydrite）、黃鐵礦（pyrite）、黃銅礦（chalcopyrite）、閃鋅礦（sphalerite）、方鉛礦（galena）、非晶質矽與重晶石組成，具環帶構造與多孔管道；煙囪高度可自數公尺至數十公尺，頂部常見「蜂巢狀」噴口與煙囪群（chimney cluster）。
- 四、伴生現象與分布：熱液區發育化能合成生態系（管蟲、貽貝、蟹、菌席），被視為極端環境生命與生命起源研究的重要場域；噴口下方與側翼常形成火山塊狀硫化物礦床（VMS）與富金、銀、銅、鋅資源，並可能伴生天然氣水合物。分布以東太平洋海隆、大西洋中脊、沖繩海槽與島弧海底火山最著；低溫鹼性的白煙囪（white smoker，如Lost City）則為另一端元。
- 五、研究意義與限制：黑煙囪是理解海底熱液循環、海水—岩石交換、全球元素收支與深海碳循環的關鍵窗口，亦為深海礦業（seafloor massive sulfide, SMS）關注對象。惟開採面臨高壓低溫作業、生態破壞不可逆、礦區位於公海或專屬經濟海域而受《聯合國海洋法公約》與區域漁業組織規範等限制，宜先建立環境基線與保育區劃。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。