最初的海水哪里去了
科学家们普遍认为海洋是古老的，而洋壳是年轻的。那么随之而来的问题就是，海洋里应该有45亿年以前的海水才对。然而，这么古老的海水至今还没有找到。
迄今为止，确定海水年龄的最有效方法是碳14放射性元素衰变测定法。在世界海洋的许多区域，由于温度下降或含盐量的增加，形成表面水的密度不断增加并向深处下沉。所以，一定的水体在海面上存留的时间应该反映海水的实际年龄。但是，测量得出的各种水体年龄并没有像想象的那么古老：北大西洋中层水为600年，北大西洋底层水为900年，北大西洋深层水为700年；测量到的南太平洋深层水所得到的年龄范围在650～900年之间。
这里就产生了一个疑问：与地球年龄差不多一样古老的海水到哪里去了？从理论上说，海水应该是古老的，起码要比洋壳老得多，然而测得的结果却令人迷惑不解。难道说古老的海水真的在海洋中消失了吗？
海底玻璃之谜
我们每天都要与各种各样的玻璃制品打交道，如玻璃杯、玻璃灯管、玻璃窗户等等。普通的玻璃，以花岗岩风化而成的硅砂为原料，在高温下熔化，经过成型、冷却后便成为我们所需要的玻璃制品了。
然而，在很难找到花岗岩的大西洋深海海底，居然也发现了许多体积巨大的玻璃块，这真是一件非常奇怪的事。
为了解开这个海底玻璃之谜，英国曼彻斯特大学的科学家们进行了多方面的分析和研究。
首先，这些玻璃块不可能是人工制造以后扔到深海里去的，因为它们的体积巨大，远非人工所能制造。有些科学家认为，这种玻璃的形成有可能是海底玄武岩受到高压后，同海水中的某些物质发生一种未知的作用，生成了某种胶凝体，从而最终演变为玻璃。如果这真是属实的话，今后的玻璃生产就可以大大改观了。现在我们制造一块最普通的玻璃，都需要1400～1500℃的高温，而熔化炉所用的耐火材料受到高温玻璃溶液的剧烈侵蚀后，会产生有害气体，影响工人的健康。假如能用高压代替高温，将会彻底改变这种存在危害的状况。
根据这个设想，有些化学家把发现海底玻璃地区的深海底的花岗岩放在实验室的海水匣里，加压至400个大气压力，结果是根本没有形成什么玻璃。奇怪的海底玻璃到底是怎样形成的呢？迄今仍然是一个未能解开的自然之谜。
南极超级巨湖之谜
在南极4000米厚的冰层下，静静地躺着一个巨大的湖泊，厚厚的冰盖将它与外面的世界隔绝长达数千万年。这里可能是我们所不知道的很多种生物的家。我们能否不进行任何破坏而揭开它们隐藏的秘密呢？
南极大陆坐落在一处冰冻地带，它被好几千米厚的冰层覆盖，这层冰雪已经将其他生动鲜活的生物圈与它隔绝了千百万年。在2007年国际极地年期间，科学家希望从这个神秘的不为人知的世界里发现一些亮点。他们面临的其中一个大疑团是，在南极这个被冰雪封冻的大陆下，被封冻在一处大约是约克郡面积的两倍的地面下的超级巨湖里是否有生命存在？
这个湖名叫沃斯托克湖，被封冻在4000米厚的冰层下，它是俄罗斯科考站在30多年前发现的，但直到20世纪90年代初期才通过人造卫星和地震测量法证明它的存在。直到这时，它那广阔的面积才成为众所周知的事情。沃斯托克湖比安大略湖的面积更加广阔，据估计它大约有500米深。它是如此庞大，打个比方，它可以源源不断地为伦敦提供5000年全部人口的淡水！但是沃斯托克湖最最有趣的一方面却是，从它被埋入地下的那一天开始算起，它似乎已经与外界隔绝至少1500万年了。
沃斯托克湖是目前已知的被覆盖在南极洲庞大冰盖下的150个冰下湖中的一个，但它是目前已知的最大淡水湖，科学家对它产生了非常浓厚的兴趣，希望从它身上发现一些南极未知生命的秘密。南极东部这块世界最大冰层产生的巨大压力使沃斯托克湖免遭冻结。据猜测，仅是巨大冰层底部的湖表面几米的地方被冻结，冰盖下这层冰被称为积冰。厚厚的冰盖让日光无法射进湖中，因此湖中的任何生命要想在这个漆黑的世界中生存，必须借助一系列化学能量。
科学家认为，湖底排放的地热可能为湖里的微生物提供了热能。但是没有来自湖中的直接样本，这些都只是一种猜测。说来也巧，这口湖就静静地躺在俄罗斯科考站的所在地沃斯托克。这座科考基地是在冷战期间建立的。在它建立很久后苏联科学家才意识到这口湖的存在。凑巧的是沃斯托克科考站也是地球上最冷的地方，冬天的温度可降至零下80℃。
很多年以前，俄罗斯科学家就开始利用一种可造成污染的方法钻穿湖上的冰层，这些方法包括向钻孔中填充煤油以防止它再次冻结（煤油的凝结点比水低）。8年前，这些科学家钻到离液态水还差几米的地方，在钻头碰到冰层下的积冰时，他们终止了钻孔活动。
他们的行为可以理解，因为他们和其他南极科学家都担心钻孔过程中的煤油和任何来自未经消毒的钻孔设备的细菌都有可能污染这个大湖。对积冰样本的分析显示，有微生物生命存在的迹象。但这些发现还未被证实。在8年的间歇后，来自俄罗斯和法国的一支科考队再次利用一种不同的方法——用消过毒的“液体缓冲器”钻孔。这种液体比煤油更重，这种方法的设计目的是使这种液体沉到钻孔底部，防止污染湖水。
科学家希望在明年钻透最后几米积冰，从表面取出固态样本，对微生物生命进行测验。这是一个具有挑战性的计划，但并不是所有的人都对这项工作感到满意。英国南极调查局的科学家柯南·埃利斯·埃文斯说道：“在南极工作要遵循的第一条原则是这项工作是否会给南极洲的任何事物带来破坏，目前这项工作就会。他们说他们的方法将不会污染这口湖，但这是任何一项工作都妄想实现的目标。”
然而，还有另一个原因可以说明有关这个钻探计划为什么不是一个好主意。对沃斯托克湖提出的基本假设是它已经与其他生物圈隔离了数百万年。假如这样的话，在以前的很长一段时期内这个湖中的任何生命都在一个比其他已知微生物所处的更孤立的环境中慢慢进化。但英国科学家在去年发现，南极洲的地下湖并不是孤立的，它们通过江河网络彼此连接，因此可能与其他生物圈有联系。人们除了对是否这口湖中的生命是在孤立环境中进化存在疑问外，他们还不得不对是否会因为一口湖的灾祸而使整个水域网络受到污染问题予以考虑。
由伦敦大学学院的邓肯·温汉姆博士领导的一个科研组发现，在南极的像泰晤士河一般大的地下河可能有好几百千米长，它们在这些冰层下从一个湖流向另一个湖。他说：“以前认为在冰下运动的水的流速非常慢，但是这个最新数据显示，这些冰层下的大湖常常会像香槟酒喷出一样快速奔流。喷涌而出的水会流向很远的地方。”
这个英国科研组包括来自英国自然环境研究理事会极地观测和模型中心的研究员。他们在观测中发现南极洲地下河地区的冰层表面下沉，其他地方的冰层隆起。这种变化显然是由冰层下面巨大体积的水流在突然和急速的运动时造成的。
温汉姆博士解释说：“这些湖就像绳子上的一串珠子，这里的湖都是由一根线连着的珠子。通常，这一串湖间的流动很缓慢。然而，如果其中一口湖所承受的压力超过限度，汹涌的洪水就会突然注入这条线上的另一口湖中。一旦这根‘锁链’开始流动，它上面的冰层就会很快被溶掉，这将是个无法控制的局面。是否紧接着会在这条线上发生连锁反应，或者是否不久后这些湖会从这里消失也是一个我们至今还不知道答案的至关重要的问题。”
这一新发现也引出了一些新问题，如利用无法保证无菌的设备钻穿沃斯托克湖。像温汉姆博士所说：“这种做法可能会引入新的微生物。我们的数据显示，任何污染都不只局限在一口湖中，而是随着时间的流逝逐渐延伸到整个江河网络中。我们曾经只将这些湖看做孤立的生物学实验室，现在我们必须重新考虑一下了。”
神秘的海底磁性条带
19世纪末，著名物理学家居里在自己的实验室里发现磁石的一个物理特性，就是当磁石加热到一定温度时，原来的磁性就会消失。后来，人们把这个温度称作“居里点”。
在地球上，岩石在成岩过程中受到地磁场的磁化作用，获得微弱磁性，并且被磁化的岩石的磁场与地磁场是一致的。换句话说，就是无论地磁场怎样改换方向，只要它的温度不高于“居里点”，岩石的磁性是不会改变的。根据这个道理，只要测出岩石的磁性，自然能推测出当时的地磁方向。这就是在地学研究中人们常说的化石磁性。在此基础之上，科学家利用化石磁性的原理研究地球演化历史的地磁场变化规律，即古地磁学。为了寻找大陆漂移说的新证据，科学家把古地磁学引入海洋地质领域，并取得了令人鼓舞的成绩。
第二次世界大战之后，科学家使用高灵敏度的磁力探测仪，在大西洋洋中脊上的海面进行古地磁调查。之后，人们又使用磁力仪等仪器，以密集测线方式对太平洋进行古地磁测量。两次调查的资料使人们惊奇地发现，在大洋底部存在着等磁力线条带，而且呈南北向平行于大西洋中脊中轴线的两侧，磁性正负相间。每条磁力线条带长约数百千米，宽度在数十千米至上百千米之间不等。海底磁性条带的发现，成为20世纪地学研究的一大奇迹。
1963年，英国剑桥大学的一位年轻学者F.J.瓦因和他的老师D.H.马修斯提出，如果“海底扩张”曾经发生过，那么大洋中脊上涌的熔岩在其凝固后应当保留当时地球磁场的磁化方向。也就是说在洋脊两侧的海底应该有磁化情况相同的磁性条带存在。当地球磁场发生反转时，磁性条带的极性也应该发生反转，磁性条带的宽度可以作为两次反转时间的度量标准。这个大胆的假说，很快就被证实了。人们在太平洋、大西洋、印度洋都找到了同样对称的磁性条带。不仅如此，科学家还计算出在7600万年中，地球曾发生过171次反转现象。
研究还发现，地球磁场两次反转之间的时间最长周期约为300万年，最短的周期约为5万年，两次反转的平均周期约为42万～48万年。目前，地球的磁场方向已保留70万年了，所以，人们预感到一个新的磁场变化可能正在向我们靠近。
对于海底磁性条带的研究仍在继续之中，许多问题仍找不到令人满意的答案。例如，对于地球磁场为什么要来回反转这个最基本的问题，就无法解释清楚。尽管科学家们提出过种种假说，但其真正的原因还是不清楚的。也就是说，地球发生磁场转向的内在规律之谜，有待于科学家们去继续探索。
深海“黑烟囱”之谜
截至9月14日，执行我国首次环球大洋科学考察任务的“大洋一号”远赴深海已有160多天。此次考察首次获得大量深海热液喷口附近的硫化物与沉积物样品，不仅为研究地球科学及极端环境下的生命科学提供了宝贵的第一手资料，也表明我国多学科大洋考察正与世界海洋科学接轨。
“热液硫化物”主要出现在2000米水深的大洋中脊和断裂活动带上，是一种含有铜、锌、铅、金、银等多种元素的重要矿产资源，对于它的生成原因，海洋科学家们经过实地考察后认为：“热液硫化物”是海水侵入海底裂缝，受地壳深处热源加热，熔解地壳内的多种金属化合物，再从洋底喷出的烟雾状的喷发物冷凝而成的，被形象地称为“黑烟囱”。这些亿万年前生长在海底的“黑烟囱”不仅能喷“金”吐“银”，形成海底矿藏，具有良好的开发远景，而且很可能和生命起源有关，具有巨大的生物医药价值。
“黑烟囱”是耸立在海底的硫化堆积物，呈上细下粗的圆筒状，因形似烟囱状，所以被科学家形象地称为“黑烟囱”。它们的直径从几厘米到2米，高度从几厘米到50米不等。位于海底的“黑烟囱”堆积群及其堆积物有点像教堂或庙宇建筑的复杂尖顶，规模较大的堆积物体积可以达到体育馆大小，甚至更大。
专家们认为，海底“黑烟囱＂的形成过程很复杂，它与矿液和海水成分、温度间存在的差异有关。由于新生大洋地壳或海底裂谷地壳的温度较高，海水沿裂隙向下渗透可达几千米，在地壳深部加热升温后，淋滤并溶解岩石中的多种金属元素，又沿着裂隙对流上升并喷发。它们刚喷出时为澄清的溶液，与周围的海水混合后很快变成“黑烟”并在海底及其浅部通道内堆积成硫化物。
目前科学家已经在各大洋的150多处地方发现了“黑烟囱”区，它们主要集中于新生的大洋地壳上，如大洋中脊和弧后盆地扩张中心的位置上。2003年“大洋一号”开展了我国首次专门的海底热液硫化物调查工作，拉开了进军大洋海底多金属硫化物领域的序幕。经过长期不懈的“追踪”，终于发现了完整的古海底“黑烟囱”，它们的地质年龄初步判断为14.3亿“岁”。这不仅进一步了解了大洋深处海底热液多金属硫化物的分布情况和资源状况，也为地球科学从理论上有一个新的质的飞跃做了铺垫。
