揭秘沉睡海底的多金属结核

作者:特派记者兰圣伟  来源:中国海洋报   发布时间:2018-09-19 10:05:53   [打印本页] [关闭窗口]

  “慢一点,拉高!”“往左一点,好,放!”……红色的A型架高高扬起,在缆绳的带动下,科考队员合力将笨重的箱式取样器回收至“向阳红03”船艉甲板。

  等候多时的队员围拢过来,打开箱盖,抽掉上覆水,一颗颗埋在淤泥里的黑褐色“石块”显露出来。自然资源部第二海洋研究所的王浩博士举起相机拍照,然后逐颗捡拾进一个白色托盘中,送入实验室称重、测量、封存。

  这些黑褐色的“石块”就是科研人员漂洋万里追寻的多金属结核。连日来,中国大洋50航次在东太平洋多金属结核勘探合同区昼夜不停地调查作业,试图揭开这些沉睡海底宝藏的秘密。

  有的像“土豆”有的像“生姜”

  多金属结核又称锰结核,富含锰、铁、镍、铜、钴等多种金属。其直径一般在1厘米~10厘米之间,大的可达20多厘米,形如“土豆”,有的连接在一起,看上去像一块“生姜”。

  “多金属结核在全球海底均有分布,其中太平洋最密集,代表区域有东北太平洋克拉里昂—克里伯顿断裂区、东南太平洋秘鲁海盆和南太平洋中部海盆。另外,在中印度洋海盆和南大西洋海盆也有一些分布区。”大洋50航次B段首席科学家李小虎告诉记者,多金属结核往往“生长”于海底沉积物上,呈暴露状或半埋藏状,即使在同一区域,结核覆盖率和丰度差异也很大,有些地方鳞次栉比,有些地方杂乱稀疏。

  上世纪60年代,一些发达国家开始调查研究海底多金属结核。进入80年代,我国开始在太平洋国际海底区域系统调查多金属结核资源。90年代,中国大洋协会获准在联合国登记为国际海底先驱投资者,获得了15万平方公里的多金属结核开辟区。2001年,中国大洋协会与国际海底管理局签订首个多金属结核勘探合同。2017年,中国五矿集团公司获得东太平洋多金属结核勘探合同区专属勘探权和优先开采权。

  “长成”竟要百万年

  “这两个合同区均位于东北太平洋克拉里昂—克里伯顿断裂区。粗略估算,该区域结核资源量有百亿吨,开发前景十分广阔。”李小虎说。

  为了探明沉睡海底的多金属结核资源,我国科学家付出了艰辛努力。多金属结核分布区域水深4000米~6000米,海底地形复杂。科研人员借助深海摄像照相设备,能清晰观察到这些宝藏的空间分布。同时,利用箱式取样器等调查手段,可大致估算出结核的富集程度。

  “现在的调查,目的在于查明合同区内资源的分布和富集情况,为未来的开发奠定基础。”李小虎说。

  这些海底矿藏是如何形成的?

  记者了解到,多金属结核的成因一是水成作用,金属成分缓慢从海水中析出,经氧化沉淀最终形成结核体;二是成岩作用,沉积物中活化迁移的金属元素重新在沉积物/水界面氧化析出,形成结核。

  “多金属结核通常包括核心和圈层两部分,其‘生长’是从一个核心开始的,核心可以是火山碎屑岩、生物碎屑和沉积物泥块。这就像树木的年轮,铁和锰的氧化物和氢氧化物围绕核心呈同心圆状‘生长’,构成或厚或薄的圈层。”李小虎说,结核的生长速度因底质环境不同而有所差异,一般每百万年才“生长”几毫米到几十毫米,“成长”之路可谓漫长。

  商业开发还需多久?

  随着人类对资源需求的不断增加,陆上资源供给越来越匮乏,各国纷纷将目光转向深海。海底矿产资源是陆地金属资源的重要接续。

  “与陆上矿产资源开发相比,深海采矿成本更高,大规模商业化开发尚需时日。”李小虎坦言,深海资源开发还涉及诸多复杂的关键技术和工艺,以及对海洋环境的影响等问题。

  为此,在科考过程中,我国科研人员同步开展了海洋生物、海洋化学、海洋水文与气象等多学科综合环境调查,旨在进一步积累合同区环境基线数据,为深海资源开发及相应的环境影响评估提供支撑。

  目前,国际上对深海资源的开采技术研究尚处于探索阶段。上世纪80年代,美国率先完成了5500米水深采矿海试;90年代末,日本完成了2200米拖曳集矿系统海试。

  近年来,我国相继开展了海底集矿试验系统研制和海上试验。特别是“十三五”期间,在国家重点研发计划支持下,通过深海多金属结核采矿试验工程的实施,我国将初步构建具有国际先进水平的深海采矿技术体系。

  “尽管我国在深海采矿系统技术和装备研发方面起步较晚,但伴随着‘蛟龙探海’重大工程的实施,曾经落后的局面正在打破。”李小虎信心满满。