书城科普诱人的海洋
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第35章 “藏在深闺人未识”——海底锰结核

小问号

在地球上已发现的百余种元素中,有80多种在海洋中藏身,其中可提取的有60余种,这些丰富的矿产资源以不同的形式存在于海洋中:海水中的“液体矿床”、海底富集的固体矿床、从海底内部滚滚而来的油气资源等。在海底表层矿产中,人类最为关注的是大洋里的锰结核。调查显示,世界大洋底锰结核的蕴藏量约有3万亿吨,仅太平洋就有1.7万亿吨。锰结核矿含有锰、铜、铁、镍、钴等76种金属元素。如果把洋底锰结核全部开采出来,按照目前的工业消耗量计算,锰可供人类使用3.33万年、镍2.53万年、钴34万年、铜980年,而且它还以每年1000万吨左右的速度生长着。可是,在长达几十年的时光里,人们根本不看重它,甚至没有人在乎它,更没有研究它的身世、价值……

100多年前,人类一次偶然的机会才开始认识锰结核。

1873年2月18日,英国“挑战者”号调查船在进行环球科学考察时,在加那利群岛西南300千米的费罗岛海域用拖网采集洋底沉积物样品时,偶然发现了一种类似鹅卵石的硬块。它的表面颜色呈暗褐色,直径约有1~25厘米,重量从几十克到数百克不等。后来,“挑战者”号上的科学家们又在大西洋、印度洋和太平洋其他的一些海域,相继采集到了类似的黑色鹅卵石块。人们出于好奇,把这些黑色鹅卵石样品送到大英博物馆收藏起来。当时,没有人对这种小黑石有太多的注意,更没有人想到它会有日后那样的身价。九年后的1882年,英国爵士约·雷默和地质学家雷纳教授才开始较为系统地对这些样品进行分析研究,发表了研究报告。因为这种黑色硬块的主要成分是锰,所以把它正式命名为“锰结核”。这就像先生孩子后起名字一样,不论是人类还是地质学界都是极为普通的事情。

20世纪初,虽然人们已经知道了海底锰结核这种矿物,可是许许多多人都认为那是运载锰矿石的船只不小心把它抛到了海里,是一种偶然现象,没有什么值得大惊小怪的,更没有人提出要开发和寻找海底的锰结核。研究者也寥寥无几,它一直过着“藏在深闺人未识”的孤寂生活。

直到1959年,美国科学家约翰·梅罗才较为认真系统地分析了锰结核的化学成分和储量,锰结核终于被人类揭开神秘的盖头,从深海走向人类的视野。1961年,前苏联“勇士”号海洋考察船在印度洋的深海底,再一次发现了数量颇为丰富的锰结核,后来,又在夏威夷西南部水下3800米的地方捞起一块重达2000千克的锰结核。从此,锰结核才日益受到国际社会的关注。

1980年前后,世界各大洋底部又发现了具有经济远景的锰结核矿区500多处,其总储量在1.5万亿吨至3万亿吨。人们还在太平洋里发现了一个锰结核丰富区,它位于太平洋北纬6°~20°,西经110°~180°之间,其宽度约200千米,面积约为1080万平方千米。这个海区的75%以上海底为锰结核所覆盖,分布密度在每平方米10千克以上。这样就含有炼锰钢用的锰有4000亿吨,炼不锈钢的镍有164亿吨,炼超硬度钢的钻有58亿吨,用途广泛的铜有88亿吨……日本人称这个海区是“锰结核的银座”,美国人则叫它是“世界海底锰之路”。

人们经过长期调查研究发现,锰结核一般分布在水深2000~6000米的海底表层,其形态各异,大小不等,结核表面颜色呈黑色或深棕红色。有的表面较为光滑,有的则呈粒状,外观像土豆,切片来看,一层层的又像葱头。这种结核体往往是以贝壳、珊瑚、鱼牙、鱼骨为核心,把其他物质聚集在周围。据用放射同位素测量,它生长速度很缓慢,大约1000年生长1毫米,有的100万年才生长4毫米,一个锰结核的形成,往往需要几万年,甚至上百万年的时间;它们绝大多数都平铺在海底表面,只有为数不多的锰结核掩埋在不到1米深的沉积物中。

关于锰结核是怎样形成的,一直争论不休。主要有三种说法:一是生物成因说。持这种观点的学者认为,锰结核的金属来源于沉降到海底的海洋动物遗骨。当它们被生活在结核表面的底栖微生物食用后,使金属聚集,逐渐使锰结核增长。二是火山成因说。支持这种观点的学者认为,锰结核是由海底火山及由此产生的火山岩的渐渐蚀变,使岩石中含有金属被淋滤,经过沉淀而形成的。三是自生化学沉积说。一些学者认为,锰结核的金属原自海水和沉积物的孔隙水,河流将大陆上的某些金属元素和沉积物带到海中,经过自生化学沉积作用而形成锰结核。究竟哪一种观点更科学,人们至今还在寻找答案,希望不久能破解这一科学之谜。

现在,随着人类对矿产资源需求的日益增长,美国、俄罗斯、英国、法国、日本、德国、比利时、意大利、瑞典、荷兰、挪威、印度、加拿大、澳大利亚、韩国等纷纷涌入锰结核的研究和勘探活动中,尽管一时解不开它的来历之谜,但是谁都希望能够得到它的青睐,从而为国家获得滚滚财源。

“小档案”

国际社会对海底锰结核开发研究工作十分关注,为了有效地管理海底资源,联合国从1972年开始召开了第三次海洋法会议并通过了《联合国海洋法公约》。该《公约》已于1994年11月16日正式生效。《公约》规定:国际海底区域的活动应由国际海底管理局代表全人类,根据《公约》予以安排、进行和控制。开采海底多金属结核的申请者须向国际海底管理局同时提出两块商业价值相等的矿址,并提交关于这两个矿址的制图、试验、多金属结核丰度及其金属含量的资料。管理局指定一个矿址作为保留区,留给自己开发或者同发展中国家联合开发。另一个矿址则由申请者在同管理局签订合同后自己进行开发。1987年,国际海底管理局在纽约先后审查批准了印度、法国、日本、前苏联四国勘探国际海底多金属结核资源矿区的申请。1991年3月,又审查批准了中国作为先驱投资者登记国际海底矿区的申请,从而使我国在太平洋获得了15万平方千米的矿区勘探权。