大洋底蕴藏着极其丰富的矿藏资源,锰结核就是其中的一种。锰结核是沉淀在大洋底的一种矿石,表面呈黑色或棕褐色,形状如球状或块状,它含有30多种金属元素,其中最有商业开发价值的是锰、铜、钴、镍等。
锰结核又称多金属结核、锰矿球、锰矿团、锰瘤等,它是一种铁、锰氧化物的集合体,颜色常为黑色和褐黑色。锰结核的形态多种多样,有球状、椭圆状、马铃薯状、葡萄状、扁平状、炉渣状等。锰结核的大小尺寸变化比较大,也比较悬殊,从几微米到几十厘米的都有,重量最大的达几十千克。
在锰结核中,各种金属成分的含量大约是:有经济价值的有锰、镍、铜及钴。其他成分有铁、硅及铝,亦有少量钙、钠、镁、钾、钛及钡,连带有氢及氧。
铜、钴、镍是陆地上紧缺的矿产资源,开采海底锰结核,获取这些金属是非常有必要的。美国锰矿全靠进口,对从锰结核生产锰,也非常感兴趣,所以美国最为重视锰结核开发。美国在大洋锰结核开发技术方面,也处于领先地位。
锰结核的物质来源,大致有四方面:
一、来自陆地、大陆或岛屿的岩石风化后,释放出铁、锰等元素,其中一部分被海流带到大洋沉淀;
二、来自火山,岩浆喷发产生的大量气体,与海水相互作用时,从熔岩中搬走一定量的铁、锰,使海水中锰、铁越来越多;
三、来自生物,浮游生物体内富集微量金属,它们死亡后,尸体分解,金属元素也就进入海水;
四、来自宇宙,有关资料表明,宇宙每年要向地球降落2000吨至5000吨宇宙尘埃,它们富含金属元素,分解后也进入海洋。
锰结核广泛地分布于世界海洋2000~6000米水深海底的表层,而以生成于4000~6000米水深海底的品质最佳。锰结核总储量估计在30000亿吨以上。其中以北太平洋分布面积最广,储量占一半以上,约为17000亿吨。锰结核密集的地方,每平方米的面积上就有100多千克,简直是一个挨一个铺满海底。
锰结核中有50%以上是氧化铁和氧化锰,其中还含有镍、铜、钴、钼、钛等20多种元素。仅太平洋底的储量而论,这种锰结核中含锰多达4000亿吨、镍164亿吨、铜88亿吨、钴98亿吨,其金属资源,相当于陆地上总储量的几百倍甚至上千倍。如果按照目前世界金属消耗水平计算,铜可供应600年,镍可供应15000年,锰可供应24000年,钴可满足人类13万年的需要,如此看来这是一笔多么巨大的财富啊!而且这种结核增长速度很快,每年以1000万吨的速度在不断堆积,因此,锰结核将成为一种人类取之不尽的“自生矿物”。锰结核是怎样形成的呢?科学家推测,地球已有50亿年的历史,在这一过程中,它在不断地变动。通过地壳中岩浆和热液的活动,以及地壳表面剥蚀搬运和沉积作用,形成了多种矿床。雨水的冲蚀,使地面上溶解一部分矿物质,流入了海内。在海水中,锰和铁本来是处于饱和状态的,由于这种河流夹带作用,使这两种元素含量不断增加,引起了过饱和沉淀,最初是以胶体的含水氧化物沉淀出来。在沉淀过程中,又多方吸附铜、钴等物质,并与岩石碎屑、海洋生物遗骨等形成结核体,沉到海底,之后又随着底流一起滚动,像滚雪球一样,越滚越大,越滚越多,形成了大小不等的锰结核。
1873年,一艘英国深海调查船“挑战者号”,在环球海洋考察中,从渔网里挑拣出一块乌黑发亮、光滑的小石头。通过化学分析得知,内含25%的锰、20%的铁,还有钴、镍、铜、钛、钢等,都适合工业冶炼的原料要求。当时没有引起重视,只是写出一篇调查报告就草草了事。
近几十年来,随着冶金工业的迅速发展,陆地上的资源日渐紧缺。于是,人们把注意力转向海洋,洋底锰结核的开发和利用,终于被旧事重提。
看过《西游记》的人都会记得,孙悟空大闹东海龙宫得“镇海之宝”——金箍棒的故事。这里所说的金箍棒,实际上是用金、银、铜、铁制成的,威力无穷,能降妖伏魔。“镇海之宝”的故事,虽然是一则美丽的神话,但它反应了古代人们美好的愿望和幻想。如今,神话变成了现实,真正的海底“镇海之宝”——锰结核,已被人们发现,并开始大规模的采集。
19世纪70年代,英国深海调查船“挑战者”号,在环球海洋考察中,首先发现了深海洋底的锰结核。100多年后,太平洋的锰结核,被连续大量的发现。据估算总藏量达3万亿吨。锰结核,又叫锰块团,其颜色从黑色到褐色,外形大多为球形,小如豌豆,大如土豆。如果切开来看的话,层层包裹,很像洋葱,平铺在海底,如同铺路的卵石。据初步调查,每平方米的海底约有60千克的锰结核。
有的锰结核,锰含量达到55%。除锰以外,还含有铁、镍、铜、钴、钛等20多种金属元素,含量都很高。锰结核所含有的金属,被广泛应用于现代社会各个方面。如金属锰,可用于制造锰钢,极为坚硬,能抗冲击、耐磨损、大量用于制造坦克、钢轨、粉碎机等。锰结核所含的铁,是炼钢的主要原料,所含的金属镍,可用于制造不锈钢,所含的金属钴,可用来制造特种钢。所含的金属铜,大量用于制造电线。锰结核所含的金属钛,有着密度小、强度高、硬度大的特点,因此被广泛应用于航空航天工业,有“空间金属”的美称。锰结核,不仅储量大,而且还会不断地生长。生长速度因时因地而异,平均每千年增长1毫米。以此计算,全球锰结核,每年增长1000万吨。锰结核,堪称“取之不尽,用之不竭”的可再生多金属矿物资源。
锰结核里包含多种战略物资,必将引起资源争夺。1978年,日本采矿船用抽吸式和气动提升式,采集锰结核获得成功。美国已用20万吨级的采矿船,用自动控制的设备,采集南太平洋底的锰结核。
我国的海洋调查船,已与1979年开始采集南太平洋的锰结核样品。1988年初,“海洋4号”船,在南海尖峰山区水深1480米处,采获猛结核262.72千克,其中最重的一块为39.3千克。1988年底,“向阳红16号”船在太平洋圈定10万平方千米的猛结核远景矿区,为研究、开发和利用海底宝藏,提供了宝贵的资料。