唤醒“沉睡”的海底矿产 - 海洋地质资源

编织自己的梦想 · 发表于海洋科普 2024-4-12 04:51:38

文图/苏德辰（中国地质科学院地质研究所）

5月13日，在广东深圳海域，重达1.5万吨的恩平20-4海上钻采平台进行了动力定位浮托安装。它是恩平油田群的重要组成部分，油田群全面投产后，将进一步加快新油田开发建设步伐，助力中国海洋石油、天然气（统称油气）产能建设再提速！

除了海底油气资源之外，海洋里还有哪些矿产资源？它们又是如何形成的？这些资源对人类有哪些用途呢？

海底的矿产藏在了哪里？

海底矿产资源是现代和地质历史时期地质作用的结果，包括海底油气资源、海滨砂矿资源、天然气水合物（即可燃冰，详见《知识就是力量》杂志2021年6月刊）、多金属结核、富钴结壳等。

地球表面70.8%以上被海洋覆盖，水深大于200米的深海区域占据地球总面积的60%。陆地上大部分已被发现的矿产资源，也同样富集在海底沉积物和岩石中，有些矿产资源甚至是海洋独有的。

由于数百米甚至数千米的海水阻隔，绝大多数海底矿产还处在沉睡状态。而且，海底矿产的勘探和开采技术条件异常复杂，环境风险和开发成本远大于陆地。目前，人类开采、利用较多的海底矿产资源就是海底油气资源。

滨海砂矿资源：

陆地带给海洋的“礼物”

当我们在新闻里看到飞机高飞远航时，可能想不到，用在飞机发动机上的材料——钛合金，与海洋有着千丝万缕的联系。这是因为，提取金属钛的重要原料——钛铁矿，主要来自滨海砂矿。

岩石是由矿物构成的。陆地上的岩石，历经漫长的风化作用，慢慢解体、破碎，河流将这些碎屑带到海里，经过海浪、潮流、潮汐的进一步分解和“层层筛选”，相对密度较大的“重矿物”在特定位置富集起来，就形成了滨海砂矿。

除了钛铁矿之外，地球上已经探明的滨海砂矿资源还包括金、铂、锡、钍、锆、石英砂、金刚石等。

其貌不扬的黑色宝藏

——多金属结核

在深海沉积物上面，常散落着一些质地坚硬的椭球状黑色或褐色的金属球，它们被称为多金属结核。多金属结核曾被称为锰结核、铁锰结核等。

有些多金属结核“皮肤”很平滑，貌似鸡蛋或土豆；也有些“皮肤”很粗糙、凹凸不平，貌似葡萄或菜花。别看它们其貌不扬，却含有锰、铁、镍、钴、铜等30多种稀土元素或金属元素，可谓黑色宝藏！

多金属结核有一个或多个核心，核心可能是岩石碎屑，也可能是海洋生物遗骨。锰、铁等金属元素的氧化物围绕着核心，一层层沉淀。这个过程仿佛滚雪球一样，越滚越大，最终形成了大小不等的多金属结核。只不过这个过程极漫长，要以百万年为单位。

那么，海洋里的锰、铁等金属元素从何而来呢？一是陆地或岛屿上的岩石风化释放出来的；二是火山或岩浆喷发产生的熔岩和大量气体，与海水相互作用被萃取出来的；三是海洋生物死亡后，分解释放出的；四是空气尘埃中的元素。

多金属结核中含有丰富的锰、铁、镍等金属元素。其中，锰和铁是钢铁工业的重要原料，广泛用于电池生产和航天航空领域；而镍主要用于生产不锈钢和各种抗腐蚀合金。

奇形怪状的珍贵资源

——富钴结壳

在海下400～4000米的海山、海脊斜坡和顶部，有一种外形与多金属结核迥异的矿产资源——富钴结壳，它是层壳状的，但也有少数是球状、盘状或瘤状的。它的“肤色”与多金属结核类似，都是黑色或黑褐色的。

钴主要用于生产各种耐热、耐磨和耐腐蚀的合金材料和永磁材料。富钴结壳中钴的含量高达2%，此外还含有铁、锰、锌等几十种金属元素。但富钴结壳长得非常慢，可以说是地球上最缓慢的自然过程之一，有人估算，10厘米厚的结壳层，需要约6000万年。

关于富钴结壳的形成过程和机理尚无定论，多数学者认为是水成成因，即铁、锰等金属元素源于海水，结壳沉积可能是纯粹的胶体化学沉淀过程。

海底热液硫化物：

海底的“黑烟囱”

在洋中脊上有一种热液喷口，会喷出黑色的烟，人们形象地称其为“黑烟囱”。不过它冒出来的不是“烟”，而是温度高达350～450摄氏度的热液，其中黑色的物质是硫化物“粉尘”。

一小部分硫化物“粉尘”从出口边缘依次固结形成“黑烟囱”。“黑烟囱”破碎倒塌，就会形成块状矿。剩下一部分硫化物“粉尘”则在“烟囱”周边的海底沉积下来，形成软泥矿。其沉积速度很快，一年就能增长几厘米。它们就是海底热液硫化物。

海底热液硫化物大多出现在大洋板块扩张的洋中脊，与洋壳下活跃的岩浆活动有关。也有人认为是海水侵入海底裂缝，受洋壳下的热源加热，溶解洋壳内的多种金属化合物，再从洋底喷出而成的。热液硫化物中富含铜、锌、铅、金与银等金属元素，而且很可能和生命起源有关，具有良好的开发远景。

海洋深处还有很多“沉睡”的矿产资源等待人类去发现和开发，但它们并不是取之不尽用之不竭的。珍惜海底矿产资源，合理开发与应用，是人类共同的责任！