多金屬結(jié)核，五千米深海我追尋著你

　　多金屬結(jié)核散落在搪瓷盤中 本報(bào)記者 劉垠攝

　　直擊東太平洋科考

　　本報(bào)記者 劉 垠

　　“左邊松一點(diǎn)”“右邊再拉一下”“絞車，停”……在科考隊(duì)員嫻熟的配合下，笨重的箱式取樣器妥妥地落在“向陽(yáng)紅03”船甲板上。

　　打開取樣器，抽掉上覆水，國(guó)家海洋局第二海洋研究所副研究員楊克紅一手拿溫度計(jì)測(cè)量沉積物溫度，一手舉起相機(jī)拍照記錄。沖洗掉多金屬結(jié)核上的泥巴后，大小不一的黑、褐色“石塊”散落在搪瓷盤中，這就是潛藏于五千米海底的多金屬結(jié)核。

　　連日來(lái)，中國(guó)大洋四十五航次在東太平洋多金屬結(jié)核區(qū)夜以繼日地開展科考調(diào)查。有人可能會(huì)問，為什么我們不遠(yuǎn)萬(wàn)里縱橫太平洋摸底多金屬結(jié)核？多金屬結(jié)核究竟是一種什么礦產(chǎn)？它的前世今生又是怎樣？就此，科技日?qǐng)?bào)隨船記者采訪了科考專家。

　　結(jié)核富含稀缺金屬資源

　　多金屬結(jié)核又稱錳結(jié)核，富含錳、鐵、鎳、銅、鈷等多種金屬，粒徑一般在幾厘米至十幾厘米之間，大些的多金屬結(jié)核形如“土豆”，還有些連體的“石塊”如同“生姜”。

　　“多金屬結(jié)核位于海底沉積物之上，往往處于半埋藏狀態(tài)。結(jié)核存在于不同深度的海底，但4000—6000米深度賦存量最豐富。”大洋四十五航次第二航段首席科學(xué)家馬維林告訴科技日?qǐng)?bào)記者，即使在同一區(qū)域，結(jié)核豐度的差異性也較大。有的地方鱗次櫛比，有的地方則分布較少。但一般認(rèn)為，平均豐度（每平方米的多金屬結(jié)核重量）在5公斤以上，平均品位（結(jié)核中銅、鈷和鎳三種元素的百分含量之和）高于1.8%，具有一定的規(guī)模，可供進(jìn)行獨(dú)立開采的礦體才具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

　　要探明沉睡海底的結(jié)核資源，科學(xué)家們幾十年來(lái)可沒少花心思。借助海底攝像、照相等光學(xué)手段，能直觀清晰地看到這些海底寶藏的空間分布；利用箱式取樣等調(diào)查方法，可以大致評(píng)估結(jié)核在海底的富集程度。

　　“國(guó)外大規(guī)模調(diào)查作業(yè)始于上世紀(jì)六七十年代，比較早介入的有美、德、法、日等國(guó)家。1982年12月10日，《聯(lián)合國(guó)海洋法公約》在激烈的博弈當(dāng)中通過；1983年，我國(guó)開始在太平洋國(guó)際海底區(qū)域?qū)Χ嘟饘俳Y(jié)核進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查。”馬維林說，1991年3月5日，第九屆聯(lián)合國(guó)海底管理局籌委會(huì)批準(zhǔn)了中國(guó)大洋協(xié)會(huì)的15萬(wàn)平方公里結(jié)核礦區(qū)（開辟區(qū)）申請(qǐng)。2001年，國(guó)際海底管理局和中國(guó)大洋協(xié)會(huì)正式簽訂《多金屬結(jié)核勘探合同》，明確了大洋協(xié)會(huì)對(duì)7.5萬(wàn)平方公里合同區(qū)內(nèi)多金屬結(jié)核資源的專屬勘探權(quán)和商業(yè)優(yōu)先開發(fā)權(quán)，這是我國(guó)在國(guó)際海底區(qū)域獲得的首個(gè)多金屬結(jié)核勘探合同區(qū)。

　　數(shù)百萬(wàn)年才“長(zhǎng)”一厘米

　　“東太平洋是世界上多金屬結(jié)核富集量最多，開采前景最優(yōu)的地方，我們腳下的克拉里昂—克利珀頓斷裂區(qū)，粗略估算結(jié)核資源量有700億噸。”馬維林介紹，全球大洋多金屬結(jié)核資源總量約3萬(wàn)億噸，其中，太平洋約有1.7萬(wàn)億噸，大西洋和印度洋也都有結(jié)核身影的出現(xiàn)。

　　這些寶貴的海底礦藏究竟是怎樣形成的？記者采訪中了解到，雖然目前多金屬結(jié)核的成因眾說紛紜，但主流的觀點(diǎn)有兩種：一是水成作用，金屬成分緩慢從海水中析出，經(jīng)氧化沉淀形成結(jié)核體；二是成巖作用，由沉積物中活化遷移的金屬元素重新在沉積物/水界面氧化析出，形成結(jié)核。此外，還有熱液成因和生物成因等。

　　當(dāng)然，這些未解之謎還有待科學(xué)的進(jìn)一步探索。可以肯定的是，潛藏于深海的多金屬結(jié)核，“成長(zhǎng)”之路相當(dāng)漫長(zhǎng)。

　　“多金屬結(jié)核的‘成長(zhǎng)’，有點(diǎn)像樹的生長(zhǎng)年輪，圍繞著核心，經(jīng)歷漫長(zhǎng)的時(shí)代最終長(zhǎng)成一個(gè)同心圈層逐次包裹的結(jié)核體，其過程往往長(zhǎng)達(dá)上百萬(wàn)年至數(shù)千萬(wàn)年。”馬維林說，結(jié)核的生長(zhǎng)極其緩慢，數(shù)百萬(wàn)年才增長(zhǎng)1厘米左右。

　　商業(yè)化開采尚需時(shí)日

　　多金屬結(jié)核中所含的銅、鈷、鎳，均是我國(guó)稀缺的金屬資源，國(guó)內(nèi)同種金屬的資源儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，嚴(yán)重依賴進(jìn)口。科學(xué)合理地開發(fā)利用這些深海寶藏，對(duì)增強(qiáng)我國(guó)的戰(zhàn)略資源保障能力和維護(hù)國(guó)際海域權(quán)益意義重大。

　　“我們現(xiàn)在所要做的是，逐步查清東太平洋多金屬結(jié)核合同區(qū)內(nèi)的資源分布和富集情況，為將來(lái)的試采工作進(jìn)行科學(xué)上的‘踩點(diǎn)’。”馬維林說，依據(jù)連續(xù)剖面的海底攝像照相觀察、多波束回波信號(hào)探測(cè)和箱式取樣驗(yàn)證等科學(xué)手段，可以綜合研判區(qū)內(nèi)結(jié)核的礦體展布，提高資源評(píng)估的可信度和準(zhǔn)確率。在前期普查工作的基礎(chǔ)上，科考隊(duì)正在緊鑼密鼓地對(duì)新的勘探區(qū)進(jìn)行加密調(diào)查，以期進(jìn)一步圈定結(jié)核礦體，為未來(lái)資源試采和礦區(qū)開采做好前期準(zhǔn)備。

　　那么，多金屬結(jié)核開采利用何時(shí)到來(lái)？馬維林直言，多金屬結(jié)核的商業(yè)化開采還需時(shí)日，“開發(fā)深海礦要比陸地礦代價(jià)更高，商業(yè)開發(fā)時(shí)機(jī)還不成熟，陸地上的同類礦產(chǎn)存儲(chǔ)量還沒緊缺到要國(guó)際社會(huì)向深海邁步的程度”。

　　此外，深海采礦對(duì)海洋環(huán)境的影響究竟有多大？馬維林坦言，目前，確切地說我們的了解還不是很透徹。為此，科考隊(duì)開展生物、化學(xué)、水文、地質(zhì)和地球物理等多學(xué)科綜合調(diào)查，深入了解合同區(qū)的環(huán)境“本底”，為將來(lái)的多金屬結(jié)核試采和相應(yīng)的環(huán)境影響評(píng)估做好準(zhǔn)備。

　　值得注意的是，國(guó)際上對(duì)于多金屬結(jié)核的開采技術(shù)研究同樣處在試采探索階段。日本曾在北太平洋水深 2200m的Marcus-Wake海山上進(jìn)行過多金屬結(jié)核的采礦試驗(yàn)并取得成功。

　　據(jù)國(guó)家海洋局中國(guó)大洋協(xié)會(huì)辦公室主任劉峰透露，“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目——深海多金屬結(jié)核采礦試驗(yàn)工程項(xiàng)目已經(jīng)啟動(dòng)。該項(xiàng)目通過深海多金屬結(jié)核開采關(guān)鍵技術(shù)的研究，在5年內(nèi)研制3500米級(jí)深海采礦試驗(yàn)系統(tǒng)，完成不小于1000米水深的海上整體聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)，開展深海采礦環(huán)境影響研究，建立環(huán)境影響評(píng)價(jià)模型，初步構(gòu)建具有國(guó)際先進(jìn)水平的深海采礦技術(shù)體系。