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關於深海錳結核

大洋底蘊藏著極其豐富的礦藏資源,錳結核就是其中的壹種。它含有30多種金屬元素,其中最有商業開發價值的是錳、銅、鈷、鎳等。

看過《西遊記》的人都會記得,孫悟空打鬧東海龍宮得"鎮海之寶"--金箍棒的故事。孫悟空的金箍棒是用金、銀、銅、鐵做的,威力無窮,能降妖伏魔。"鎮海之寶"的故事,純粹是壹則美麗的神話,但它反應了古代人們的願望和幻想。如今,神話變成了現實,真正的海底"鎮海之寶"--錳結核,已被人們發現,並開始大規模的采集。 19世紀70年代,英國深海調查船"挑戰"好在環球海洋考察中,首先發現了深海洋底的錳結核。100多年後,太平洋的錳結核被連續大量的發現,據估算,總藏量達30000億噸。 錳結核又叫錳塊團,它的顏色從黑暗到褐色,外形大多為球形,小的像豌豆,大的象土豆,切開來看,層層包裹,很象洋蔥,平鋪在海底,如同鋪路的卵石。據初步調查,每平方米的海底約有60公斤的錳結核。錳結核中50%以上是氧化鐵和氧化錳,還含有鎳、銅、鈷、鉬等20多種元素。僅就太平洋底的儲量而論,這種錳結核中含錳4000億噸,鎳164億噸,銅88億噸,鈷58億噸,其金屬資源相當於陸地上總儲量的幾百倍甚至上千倍。如果按照目前世界金屬消耗水平計算,銅可供應600年,鎳可供應15000年,錳可供應24000年,鈷可滿足人類130000年的需要,這是壹比多麽巨大的財富啊!而且這種結核增長很快,每年以1000萬噸的速度在不斷堆積,因此,錳結核將成為壹種人類取之不盡的"自生礦物"。 錳結核是怎樣形成的呢?科學家估計,地球已有50億年的歷史,在這過程中,它在不斷地變動。通過地殼中巖漿和熱液的活動,以及地殼表面剝蝕搬運和沈積作用,形成了多種礦床。雨水的沖蝕使地面上溶解壹部分礦物質流入了海內。在海水中錳和鐵本來是處於飽和狀態的,由於這種河流夾帶作用,使這兩種元素含量不斷增加,引起了過飽和沈澱,最初是以膠體太的含水氧化物沈澱出來。在沈澱過程中,又多方吸附銅、鈷等物質並欲巖石碎屑、海洋生物遺骨等形成結核體,沈蹈海底後又隨著底流壹起滾動,象滾雪球壹樣,越滾越大,越滾越多,形成了大小不等的錳結核。

錳結核廣泛地分布於世界海洋2000-6000米水深海底的表層,而以生成於4O00-6000米水深海底的品質最佳。錳結核總儲量估計在30000億噸以上。其中以北太平洋分布面積最廣,儲量占壹半以上,約為17000億噸。錳結核密集的地方,每平方米面積上有100多公斤,簡直是壹個挨壹個鋪滿海底。

錳結核又稱多金屬結核、錳礦球、錳礦團、錳瘤等,它是壹種鐵、錳氧化物的集合體,顏色常為黑色和褐黑色。錳結合的形態多樣,有球狀、橢圓狀、馬鈴薯狀、葡萄狀、扁平狀、爐渣狀等。錳結核的大小尺寸變化也比較懸殊,從幾微米到幾十厘米的都有,重量最大的有幾十公斤。

錳結核不僅儲量巨大,而且。還會不斷地生長。生長速度因時因地而異,平均每千年長1毫米。以此計算,全球錳結核每年增長1000萬噸。錳結核堪稱“取之不盡,用之不竭”的可再生多金屬礦物資源。

它的物質來源,大致有四方面:壹是來自陸地,大陸或島嶼的巖石風化後釋放出鐵、錳等元素,其中壹部分被海流帶到大洋沈澱;二是來自火山,巖漿噴發產生的大量氣體與海水相互作用時,從熔巖搬走壹定量的鐵、錳,使海水中錳、鐵越來越富集;三是來自生物,浮遊生物體內富集微量金屬,它們死亡後,屍體分解,金屬元素也就進入海水;四是來自宇宙,有關資料表明,宇宙每年要向地球降落2000-5000噸宇宙塵埃,它們富含金屬元素,分解後也進入海水。在海底表層礦產中,人們比較關註大洋錳結核。調查表明,世界大洋底錳結核的蘊藏量約有3萬億噸,僅太平洋就有1.7萬億噸。錳結核礦含有錳、銅、鐵、鎳、鈷等76種金屬元素。如果把洋底錳結核全部開采出來,按照目前的工業消耗量計算,錳可供人類使用3.33萬年,鎳2.53萬年,鈷34萬年,銅980年。並且,大洋底的錳結核還以每年1000萬噸左右的速度生長著。專家們預計,大洋錳結核將是未來世界上眾多國家開發的熱點海洋礦產資源。

其實,人類認識錳結核的時間並不長。1873年2月18日,英國“挑戰者”號調查船在進行環球科學考察時,在加那利群島西南300千米的費羅島海域用拖網采集洋底沈積物樣品時,偶然發現了壹種類似鵝卵石的硬塊。硬塊表面顏色呈暗褐色,直徑多在1~25厘米不等,重量從幾十克到數百克不等,此後”挑戰者”號上的科學家們又在大西洋、印度洋和太平洋其他的壹些海域采集到了類似的黑色鵝卵石塊。這些黑色鵝卵石樣品被送到大英博物館收藏起來了。大約過了10年的時間,在1882年,英國爵士約?雷默和地質學家雷納教授才較為系統地對這些樣品進行了分析研究,發表了研究報告。因為這種黑色硬塊的主要成分是錳,把它正式定命為“錳結核”。20世紀初,對錳結核的研究開發並沒有引起人們的註意,甚至連壹些海洋地質學家也輕率地認為,這不過是運載錳礦石的船只沈沒在某個海區而發生的偶然現象而已,很少有人涉足研究和打撈錳結核。直到1959年,美國科學家約翰?梅羅(John Mero)才較為認真並系統地分析了錳結核的化學成分和儲量,錳結核才開始從深海走向人們的視野。1961年,前蘇聯”勇士”號海洋考察船在印度洋的深海底,再壹次發現了數量頗為豐富的錳結核,後來,又在夏威夷西南部水下3800米的地方撈起壹塊重達2000千克的錳結核,錳結核才日益受到國際社會的關註。經人們經過長期調查研究發現,錳結核壹般分布在水深2000~6000米的海底表層,其形態各異,大小不等,結核表面顏色呈黑色或深棕紅色。有的表面較為光滑,有的則呈粒狀。太平洋裏錳結核豐富區位於太平洋北緯6°~20°,西經110°~180°之間,其寬度約200千米,面積約為1080萬平方千米。這裏是壹個比較平緩的廣闊的深海丘陵地帶,水深在3200~5900米之間,海底沈積物多為矽質軟泥和粘土,有利於錳結核富集。這個海區的75%以上海底為錳結核所覆蓋,分布密度在每平方米10千克以上,因此,日本人稱這個海區為“錳結核的銀座”,美國人則稱之為”世界海底錳之路”。大西洋的德雷克海峽以及斯科特海和北大西洋西南角的海域,印度洋中的錳結核則更多地集中在深海盆地之中。

至於錳結核是如何形成的,也是壹個爭執未決的話題,壹般有以下三種說法:壹是生物成因。錳結核的金屬來源於沈降到海底的海洋動物遺骨。當它們被生活在結核表面的底棲微生物食用後,使金屬聚集,逐漸使錳結核增長。二是火山成因。錳結核是由海底火山及由此產生的火山巖的緩慚蝕變,使巖石中含有金屬被淋濾,經過沈澱而形成的;三是自生化學沈積說。認為錳結核的金屬原自海水和沈積物的孔隙水,河流將大陸上的某些金屬元素和沈積物帶到海中,經過自生化學沈積作用而形成錳結核。這些說法各有各的道理,錳結核究竟是什麽原因形成的,恐怕也只能在今後的實踐中去尋找答案了。

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