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06
2022

锰结核:深海里的“宝”(图)

  7月30日,在约7.5万平方公里的东北太平洋多金属结核勘探合同区,“蛟龙”号5000米级第四次下潜试验顺利完成作业,采集到在海底分布广泛的多金属结核(又名锰结核)。

  “从大洋中采集锰结核的工作已持续了20多年,从深海底采集结核样品并不困难,如拖网作业,顺利时一次就可获得几百公斤样品。与以前不同,这次是通过载人潜水器在某一深度获得的,这种做法有利于让科研人员知晓样品所处的精确位置,从而直观了解锰结核所处的环境和对海底小范围环境做出评价。”中国大洋协会秘书长金建才告诉科技日报记者:“抓取锰结核更重要的意义在于试验了载人潜水器机械手在大深度的定位和取样功能。”此次“蛟龙”号深潜带回来的“海底宝藏”成为人们热议的焦点,锰结核有望露出庐山真面目。

  锰结核大小不等,一般直径在5到10厘米之间。锰结核中富含多种金属成分,其中锰占25%,铁占14%,镍占1.9%,铜占0.5%,钴占0.4%。而铜、钴、镍都是陆地上紧缺的矿产资源,锰结核的出现壮大了可利用稀缺资源的总量,更重要的是弥补了陆地紧缺矿产资源的不足。

  关于锰结核的形成,目前仍存在着不同的假设。一种观点认为是水成作用成因,金属成分缓慢从海水中析出,沉淀形成结核体。据悉,水成结核的铁、锰含量相仿,镍、铜、钴品位相对较高;还有一种观点认为是成岩作用成因,沉积柱内的锰重新活动,在沉积物/水界面析出。此种结核锰含量丰富,但铁、镍、铜、钴含量较少。

  聚集了如此珍贵的稀缺元素的锰结核,几乎遍布了所有海洋甚至大湖,不过,具有经济价值的结核区分布有限。工业勘探者选定了三个地区:东北太平洋中心CC区、东南太平洋秘鲁海盆和北印度洋中心盆地。这些地区海底水深4000至5000多米不等。

  海环境比地球的外层空间更严峻、恶劣,对深海作业及装备的要求极高。作业设备要承受高达20—60兆帕的压力、耐海水腐蚀;海水中电磁波传播衰减严重,水下定位困难;海洋环境的风、浪、流构成复杂流场。另外,现有陆地采矿技术无法适应大洋矿产资源的特殊赋存状态,如多金属结核以二维分布于稀软的海底沉积物表面。矿石组成的复杂程度与选冶难度也高于已发现的陆地矿。金建才还说,对大洋矿产资源赋存的深海环境的认识水平还有待深入,特别是生物多样性保护、深海基因等问题在科学上和相关法律制度上还需要提高和完善。

  现在各国都已意识到锰结核具有很高的开发价值,而且陆地上很难找到如此高成分的富矿。另一方面,人们的生活也对这些有色金属提出越来越多的需求。

  但在金建才看来,与陆地资源比,大洋资源开发的难度大、风险高。金建才介绍说,深

  金建才告诉记者,明确区分多金属结核与多金属结核资源这两个不同概念十分重要。前者并没有考虑其经济上的可开采性,后者则代表了将来某一时期在经济上可以进行开采的结核量。有专家认为,每平方米面积上的储量在5千克以上的矿区才具有开采价值,富矿区可达到10千克/平方米—30千克/平方米,也有少数地块能达到30千克/平方米以上。

  他介绍说,储量是指在现有条件下可以进行商业开采的资源部分。由于多金属结核分布的不均匀性以及品位随地而异,加之日益为人们清楚认识到的复杂的海底地形,事实上,能定为资源的多金属结核目标区域早在上世纪80年代就已大致确定,至今基本上没有新的发现。不同学者据此推算的能用于未来商业开采的结核总资源量在4.80亿至135亿公吨之间。

  尽管国际海底矿产资源的开发还存在多种不确定因素,但金建才说,海底矿产资源的商业开发只是时间问题。一是因为越来越多的国家,特别是中国、印度、巴西等进入工业化发展阶段,对金属的需求快速增加;二则是因为金属矿产资源不可再生,特别是易处理的富矿越来越少,在市场需求和资源开发技术进步的双重作用下,一些曾经是难处理的低品位矿可以被较好地利用,如低品位铜矿、含镍红土矿等,但开发利用成本也越来越高。此外,有关开采技术的发展也加快了深海资源开发的进程,专家们普遍认为开采技术问题已不是不能克服的问题。

  “国际金属市场的价格,这是目前制约包括锰结核在内的海底矿产资源开发利用的首要因素,随着国际金属市场价格不断上扬,从经济上看锰结核的开采成为现实的可能性也就越大。”金建才说,未来海底商业开发即使经济上有利、技术上可行,海底矿产资源开采利用的另一个制约因素是对开采环境的认识和评估。“包括多金属结核在内的海底矿产资源赋存的海底环境相对是脆弱的,目前对深海底环境及生物多样性的认识水平尚不足于对未来深海商业开发的环境风险做出评估。”

  1873年2月18日,英国调查船“挑战者”号在非洲西北加那利群岛的外洋,从海底采上来一些土豆大小深褐色的物体,黑不溜秋的像瘤子一样。开始谁也不知道是什么,经初步化验分析,这种沉甸甸的团块是由锰、铁、镍、铜、钴等多金属的化合物组成的,而其中以氧化锰为最多。剖开来看会发现,这种团块是以岩石碎屑,动、植物残骸的细小颗粒,鲨鱼牙齿等为核心,呈同心圆一层一层长成的,像一块切开的葱头。因为它又像患结核病人的结核,所以后来都叫锰结核或多金属结核。

  世界洋底约有15%的面积被多金属结核覆盖。根据世界大洋底的地貌特征和构造位置以及多金属结核丰度、成分、地球化学特征,将世界大洋划分为15个多金属结核富集区,其中太平洋8个,大西洋3个,印度洋4个。

  美国锰矿全靠进口,对从锰结核生产锰也大感兴趣,所以美国最为重视锰结核开发。美国在大洋锰结核开发技术方面也处于领先地位。

  1976年,我国海洋调查船进入太平洋赤道附近的国际海底区域进行科学考察活动,并分别于1978年和1979年,在水深4214—5443米处采集到了多金属结核样品。

  上世纪80年代初,中国出席第三次联合国海洋法会议代表团声明,中国已经具备了国际海底先驱投资者的资格。

  1990年,国家批复同意以“中国大洋矿产资源研究开发协会”名义向联合国申请多金属结核矿区,那一年,我国常驻联合国代表李道豫大使向联合国海底筹委会递交了将中国登记为“先驱投资者”的申请。

  1991年3月5日,我国的申请获得了批准,我国成为了继法、日、俄、印之后的第五位多金属结核资源“先驱投资者”,并获得在东北太平洋的15万平方公里“多金属结核开辟区”。

  2001年5月22日,国际海底管理局秘书长萨地亚·南丹与金建才在北京签订《勘探合同》。这个合同的签订,意味着我国对位于太平洋上面积达7.5万平方公里的大洋矿区具有了专属勘探权,并且在多金属结核进入商业开采时具有优先开发权。

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