大洋深處的寶藏——多金屬結核

多姿多彩的海底世界、海洋生命和海洋環境以及豐富的海洋礦産資源，無不令人心馳神往。在有些海洋約四千米深處，分佈著大量的、馬鈴薯形狀的多金屬結核。它們已經在這些海域存在了上百萬年，並依舊在緩慢地生長。

人類發現多金屬結核已有150餘年。1868年，“索菲亞號”在西伯利亞岸外的北冰洋喀拉海首次發現多金屬結核，1872年-1876年英國“挑戰者號”考察船的重要發現之一就是世界大多數海底普遍存在多金屬結核。

多金屬結核是分佈在大洋海床上的一種自生多金屬礦産資源，大小相差懸殊，外形呈結核狀，一般由核心及圍繞它的殼層構成，其礦物成分主要為鐵錳氧化物和氫氧化物。它的核心通常是微生物化石（有孔蟲）、磷化的鯊魚牙齒碎片等碎屑。結核通常富含錳、鐵、鎳、銅、鈦、鈷等化學元素和多種微量元素。剖開來看會發現，結核核心是化石、岩石或者其他結核的碎片，呈同心圓，具同心殼層構造。由於目前已發現的絕大多數多金屬結核中錳元素佔比最高，因此多金屬結核又被稱為錳結核或鐵錳結核。

多金屬結核外表呈暗褐色或黑色，外形呈球狀、橢圓狀、菜花狀等。在形成過程中，由於成礦時間、成礦環境的影響，結核大小相差懸殊，從直徑小于1毫米的微結核至直徑數十釐米的大結核均可見到。通常，結核埋藏于沉積物中的部分比暴露部分更粗糙。

錳結核的形成原理與鐵銹的形成類似，需要處於氧化環境中，在金屬元素和氧氣的共同作用下形成。一個結核的形成往往能追溯到數百萬年前，最初以一個鯊魚牙齒碎片為核心，在大洋底沉積物表層，海水中溶解的金屬陽離子隨著時間推移在核心周圍沉澱，形成包圍核心的殼層。主流觀點認為結核的成因主要有兩種，一是水成成因，金屬成分緩慢從海水中析出，經氧化沉澱在沉積物表面形成結核體，以表面較光滑的暴露型結核為代表，此種結核泥質含量相對較高，低錳（<23%）高鐵（>10%），品位低；二是成岩成因，這一過程發生在沉積物中，因壓力梯度，沉積物孔隙水中的金屬離子上升，一旦到達氧化環境，便會在核心周圍發生化學反應形成殼層，這一反應通常位於沉積物下方10-15釐米深度處，以粗糙的埋藏型結核為代表，此種結核錳泥質含量少，錳高（普遍>27%）鐵低（一般<7%），品位通常在2.5%左右。

錳結核的生長速度非常緩慢，這意味著只有環境在較長的時間尺度上相對穩定，結核才能保持生長。錳結核的生長需要有以下條件：懸浮物沉降速率低，從而結核不會被快速覆蓋；穩定流動的南極底層水，這是南極海水深三千米之下低溫高密度的底層流動水體，該水團可能將結核埋藏需要的細小沉積物顆粒帶走，而較粗的顆粒，如小型海洋生物外殼的碎片，可能留下來作為形成結核的新核心；良好的氧氣供應，例如，南極底層水將海洋表層富氧水輸送至更深的海域，為鐵錳氧化物的形成提供氧；洋底鬆軟的含水沉積物，沉積物必須能夠容納大量的孔隙水，才可能形成成岩結核。

相較陸地錳礦中的錳元素含量（35%-55%），錳結核中錳元素含量略低（約24%），但由於海洋中的錳結核資源量大，且它們含有的元素種類更豐富，因此被認為具有巨大的潛在經濟價值。

錳結核存在於許多海洋區域，廣泛分佈于3500米-6500米的深海平原的鬆軟表層沉積物中，總體位於碳酸鹽補償深度以下。根據前人調查結果，太平洋的多金屬結核最為富集，經濟價值最高且分佈最廣泛，而大西洋由於懸浮物沉積速率較高，錳結核不能廣泛發育，造成大西洋錳結核的資源量遠低於太平洋與印度洋。大洋深處的錳結核含量要比近海的錳結核含量高出5倍多。從目前已有調查來看，與富鈷結殼和多金屬硫化物相比，深海多金屬結核資源是分佈最廣泛、資源開採潛力最大、最具經濟價值的深海礦産資源，其所含金屬都是工業生産上的重要原料。

從應用價值角度來説，多金屬結核所富含的鈷、錳、鎳等稀有元素都是重要的戰略性資源，是生産高品質鋼鐵産品不可缺少的重要成分，也被廣泛應用於化學工業及高新科技生産中，如太陽能電池、超導體、高級鐳射系統及切削刀具。全球每年鈷産量約26%被用於生産航太領域的高級合金。

多金屬結核蘊藏豐富，經濟價值巨大，開發這一戰略性資源將推動深海科技産業的發展。目前，多波束回聲探測儀、水下機器人、箱式採樣技術被廣泛運用於海底多金屬結核礦床的勘探。

來源：自然資源部宣傳教育中心

責任編輯：李月萍