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 本報記者 劉垠攝

　　直擊東太平洋科考

　　本報記者 劉 垠

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

　　打開取樣器，抽掉上覆水，國家海洋局第二海洋研究所副研究員楊克紅一手拿溫度計測量沉積物溫度，一手舉起相機拍照記錄。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，中國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。有人可能會問，為什么我們不遠萬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，科技日報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報記者，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，可供進行獨立開采的礦體才具有經(jīng)濟價值。

　　要探明沉睡海底的結(jié)核資源，科學(xué)家們幾十年來可沒少花心思。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，可以大致評估結(jié)核在海底的富集程度。

　　“國外大規(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、日等國家。1982年12月10日，《聯(lián)合國海洋法公約》在激烈的博弈當(dāng)中通過；1983年，我國開始在太平洋國際海底區(qū)域?qū)Χ嘟饘俳Y(jié)核進行系統(tǒng)調(diào)查。”馬維林說，1991年3月5日，第九屆聯(lián)合國海底管理局籌委會批準(zhǔn)了中國大洋協(xié)會的15萬平方公里結(jié)核礦區(qū)（開辟區(qū)）申請。2001年，國際海底管理局和中國大洋協(xié)會正式簽訂《多金屬結(jié)核勘探合同》，明確了大洋協(xié)會對7.5萬平方公里合同區(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)，這是我國在國際海底區(qū)域獲得的首個多金屬結(jié)核勘探合同區(qū)。

　　數(shù)百萬年才“長”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3萬億噸，其中，太平洋約有1.7萬億噸，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)的進一步探索。可以肯定的是，潛藏于深海的多金屬結(jié)核，“成長”之路相當(dāng)漫長。

　　“多金屬結(jié)核的‘成長’，有點像樹的生長年輪，圍繞著核心，經(jīng)歷漫長的時代最終長成一個同心圈層逐次包裹的結(jié)核體，其過程往往長達上百萬年至數(shù)千萬年。”馬維林說，結(jié)核的生長極其緩慢，數(shù)百萬年才增長1厘米左右。

　　商業(yè)化開采尚需時日

　　多金屬結(jié)核中所含的銅、鈷、鎳，均是我國稀缺的金屬資源，國內(nèi)同種金屬的資源儲量遠遠不能滿足經(jīng)濟發(fā)展的需求，嚴(yán)重依賴進口。科學(xué)合理地開發(fā)利用這些深海寶藏，對增強我國的戰(zhàn)略資源保障能力和維護國際海域權(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，為將來的試采工作進行科學(xué)上的‘踩點’。”馬維林說，依據(jù)連續(xù)剖面的海底攝像照相觀察、多波束回波信號探測和箱式取樣驗證等科學(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，科考隊正在緊鑼密鼓地對新的勘探區(qū)進行加密調(diào)查，以期進一步圈定結(jié)核礦體，為未來資源試采和礦區(qū)開采做好前期準(zhǔn)備。

　　那么，多金屬結(jié)核開采利用何時到來？馬維林直言，多金屬結(jié)核的商業(yè)化開采還需時日，“開發(fā)深海礦要比陸地礦代價更高，商業(yè)開發(fā)時機還不成熟，陸地上的同類礦產(chǎn)存儲量還沒緊缺到要國際社會向深海邁步的程度”。

　　此外，深海采礦對海洋環(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”，為將來的多金屬結(jié)核試采和相應(yīng)的環(huán)境影響評估做好準(zhǔn)備。

　　值得注意的是，國際上對于多金屬結(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海山上進行過多金屬結(jié)核的采礦試驗并取得成功。

　　據(jù)國家海洋局中國大洋協(xié)會辦公室主任劉峰透露，“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目——深海多金屬結(jié)核采礦試驗工程項目已經(jīng)啟動。該項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米級深海采礦試驗系統(tǒng)，完成不小于1000米水深的海上整體聯(lián)動試驗，開展深海采礦環(huán)境影響研究，建立環(huán)境影響評價模型，初步構(gòu)建具有國際先進水平的深海采礦技術(shù)體系。