海底地质过程 -海底地貌可采用的表示方法有()

" H2 _1 Q& M$ E

在远离陆地数百公里，没有人烟的太平洋海底深处，长久以来都默默地躺着一道道奇怪的长长沟槽，就像有某种巨大怪物的爪子在海底刨过一样，留下了这些令人触目惊心的“爪痕”。

% X5 b" i: W; F- Y3 D

然而你不用担心，这不是哥斯拉，也不是环太平洋中来自另一个世界的怪兽留下的，而是人类自己的杰作，是上世纪七八十年代人类试图伸向大海深处的魔爪。只是这一次，由于某种羞涩的原因暂时未能得逞，只在地球上留下了可耻的疤痕。而未来，海底还会不会再出现这些疤痕，甚至让地球遍体鳞伤，现在仍然是一个巨大的问号。

) }" f- |2 W8 u0 k

这种爪痕究竟是什么呢？我们要从一枚史前鲨鱼的牙齿说起。

一条鲨鱼猎食时掉了一颗牙

在数百万年前的史前时代，一条饥饿的大白鲨正在太平洋某处海面附近狩猎，海水里似乎已提前弥漫着死亡的气息。一条金枪鱼在远处悠游，似乎没有注意到这个可怕的掠食者。鲨鱼悄无声息地从海底潜游过去，从侧后方猛扑上去，张开巨大的嘴巴，咬住了这条大鱼的腹部。金枪鱼猝不及防，拼命挣扎，鲨鱼死死咬住不放。

: C ?5 e; R L& \

这条金枪鱼最后怎样了不是我们关心的，自有生命以来，陆地和海洋里每天都在发生这种血腥的杀戮，而且有无数起，数不胜数。我们关心的，是在金枪鱼的剧烈挣扎中，鲨鱼的一颗牙齿脱落了，掉进了海里。这对鲨鱼来说再平常不过了，因为它们的牙齿经常脱落，然后又会有新的牙齿生长起来补充。

这枚牙齿晃晃悠悠，像一片飘落的秋叶，很快就来到了海底，落在柔软的淤泥上，一个漫长的地质过程就此开始了。在海水金属沉淀、水柱中锰的再活化、温泉中与火山活动有关的金属衍生、海水分解玄武岩残骸及微生物导致的金属氢氧化物沉淀等自然现象的分别或共同作用下，以这枚鲨鱼牙齿为中心开始了地球上最漫长的地质现象之一——多金属结核的生长。鲨鱼牙齿被沉淀出来的金属矿物逐渐覆盖、包裹，周围的其它碎片，包括贝壳碎片、碎骨、微化石等也经历了同样的过程，每几百万年大约可以生长一厘米到几厘米，最终成为一颗颗直径几厘米的多金属结核。

. m$ M+ h* L7 ]/ o; O

多金属结核又叫锰结核，这是因为其化学成分中以锰最多，约占27-30%，其它有铁、硅、铝，以及镍、铜、钴等贵重金属。在极为漫长的地质时间中，海底的锰结核变得如此丰富，可能覆盖了全球70%的海底，被沉积物部分或全部掩埋。1981年伦敦地质博物馆化学家艾伦·阿彻估计，海底锰结核总量可能高达5000亿吨；国际海底管理局估计，仅仅在太平洋克利珀顿断裂带100万平方公里的范围内，锰结核就超过了210亿吨，其中锰59.5亿吨，镍2.7亿吨，铜2.3亿吨，钴5000万吨。可以对比的是，钴作为一种制造合金的重要金属材料，陆地上可开采的储备仅750万吨，2017年全球生产了11万吨钴，刚果就占了64000吨。

6 S: ^9 w2 S$ f% u+ m7 i( K% Q

如此巨大的经济价值，怎么不叫人虎视眈眈呢？

锰结核试验性开采

4 e' E& D! Y; P5 m* K

1960年代到1980年代，地球深海的宁静终于被打破了。远在陆地的某种哺乳动物终于注意到海洋深处这些令人垂涎欲滴的矿物了，未来它们将广泛地用于包括智能手机、电池、放射性医学在内的各种应用。当然，作为钴来说，它也可以用来制作末日炸弹——钴弹，在核弹外面包裹上一层钴，爆炸后就能产生放射性的钴-60，1平方公里平均散落1克，就可以消灭该范围内的所有生命，理论上一颗含钴590吨的钴弹就能通过平流层将钴-60扩散到整个地球表面，灭绝所有的生命。

3 j1 W4 T' n( D: C) x2 F; t/ o

一些财团开始打起锰结核的主意， 投资勘察潜在的矿床，开发深海开采技术，试验性地打捞结核矿，并开始进行加工锰结核的技术研究。

地球海底似乎已山雨欲来风满楼。

1970年，深海风险投资公司在佛罗里达州海岸外水深800米的大西洋布莱克高地进行了第一次结核采矿原型系统试验，采矿系统在海底使用了一个收集装置，尝试通过气升泵将锰结核输送至采矿机的水面船只。

1970年代中期，一家跨国联合企业成功地在东太平洋邻近赤度的深海平原5500米深处收集到以吨计的锰结核，采用湿法冶金或火法冶金技术，从中获得了可观数量的镍、铜、钴。

1978年，又有多个采矿试验作业在该区域进行，进行了多种采矿设备的试验，包括液压提升、空气举升、挖泥船、金属犁耙、大功率脐带电缆等，以及各种水下技术，包括水下测量、导航、遥控、自动驾驶等。

在这些实验性开采中，虽然多数都以失败而告终，但仍然从海底深处成功采集到1000多吨锰结核矿。

4 P4 x" I0 i2 N9 s1 c

幸运的是，经济规律阻止了这一切。由于陆地矿物能够按市场价格得到持续的供应，将锰结核矿从海底五六公里深处捞起并运到海面的技术困难重重，耗资巨大，经济规律暂时还不允许商业采矿将地球的海底翻个底朝天。

- x' t+ U6 O4 S V

底栖生物的灭顶之灾

h" E8 ? t9 q6 J9 w' a2 k

最幸运的是，地球海底生物及整个脆弱的生态系统，由于人类的囊中羞涩而暂时逃过了一劫，比起《阿凡达》潘多拉星球长尾巴的纳威人，海底底栖生物们的命运似乎更好一些。

在这些试验性的开采任务中，科学家们也同时参与进去，对海底采矿进行了环境评估，此后也有很多科学家对此进行了研究。多份研究报告表明，开采锰结核可能对海洋生境造成极为严重的伤害，大面积的海床可能遭到毁灭性的破坏。

& D' W3 P4 k& x2 r4 V. T6 U

首先在采矿区，海底的机械开采将直接杀死移动缓慢的物种，例如蜗牛、海参及蠕虫等，即使它们逃过采集装置，也会在被吸上海面或在船上清洗的过程中死亡。

( v5 |* }5 y& Q' z0 `' w

其次在海底采矿时，采集机械搅动沉积物，洋流会把沉积物扩散到整个区域，沉积物再次沉降到海底时，一些敏感生物尤其是固着的，不移动的生物将被掩埋死亡。另外在海面清理时，含沙的海水也会产生沉积云，导致海水表面附近的透光层混浊，干扰藻类及其它浮游生物的生长。

0 Y) P1 W' B8 B/ M6 Q3 x

另外采矿机械的噪音和振动，也会干扰海里的动物，尤其是海豚等哺乳动物，导致其无法在该区域生存。

总之深海海底是一个低温、低食物、低能耗，高度脆弱的生态环境，一旦改变就很难恢复，甚至持续几十、几百年。深海采矿势必将整个区域都耙上一遍，对生物群落的影响可能是灾难性、灭绝性的。而底栖生物在生态系统中的关键作用，则让这种影响可能带来更为严重的生态后果。

+ U! {# [1 B7 P" R% G

这张2015年拍摄的照片，记录的就是1989年深海采矿试验中，配备挖泥机和犁头的船舶在海底留下的刮痕，20多年了，其印痕依然没有被抹去，怵目惊心，底栖生物们也不见踪迹。

虽然海底的宁静暂时还没有被打破，但谁都知道这可能只是大战开始前夕令人窒息的沉寂。随着人类社会的不断发展，巨大的金属机械和犁耙可能最终会降临海底，开始搜刮这些唾手可得的资源。目前太平洋克利珀顿断裂带已被划为16个采矿区瓜分一空，其它锰结核富集的海区也各有其主，这些数百万年形成的金属矿藏被采集一空可能只是时间问题。就像我们采集抽取地球数亿年形成的煤炭、石油、天然气一样，这些不可再生的资源未来多长时间就会被挥霍一空呢？

人类，真的应该学会深思了。

参考：

' V' J0 j$ V) M

PLOS ONE：Biological responses to disturbance from simulated deep-sea polymetallic nodule mining

BBC：The unseen man-made tracks on the deep ocean floor，作者/Richard Fisher

World Ocean Review：Manganese nodule treasures

" L2 ?% W& w: g6 e

Wikipedia：Manganese nodule，Clipperton Fracture Zone，Cobalt

徐德文科学频道公众号：xudewen028，传播最新、最前沿、最有趣的科学，敬请关注。

7 _/ S0 M. ~6 K8 z- W- D5 O 0 x% M, e2 N& U+ | 8 H5 `1 ^9 ~# s% Z! D/ m+ A 0 H+ D$ Y- k x