大洋多金屬結核

世界各大洋底多金屬結核的總儲量各人估計不同，有人估計為30 000億噸。僅太平洋底錳結核的儲量就達17 000億噸，其中含錳4 000億噸、鎳164億噸、銅88億噸、鈷58億噸。亦有人估計太平洋多金屬結核量約為1 000億～2 000億噸。南太平洋多金屬結核的金屬含量較低，只有個別地方銅和鎳的總品位大於1.8％。大西洋和印度洋多金屬結核的經濟評價亦較差。根據同位素測定得出深海多金屬結核的生長速率為平均100萬年幾毫米至幾釐米，估計現仍以每年約1 000萬噸的速率生長。實為取之不竭的“活”礦牀。

早在1872～1876年“挑戰者”號進行環球考察時，就已經發現深洋底的多金屬結核。但直至20世紀40年代，深海多金屬結核的調查研究工作進展不大。第二次世界大戰以後，隨着海洋地質學的發展，發現多金屬結核在深海底有着廣泛的分佈，通過海底照相和電視等手段又揭示了它們在深海底的賦存狀態，可以成為銅、鎳、鈷等金屬的新來源，從而引起了人們的極大重視。美國、法國、德國、蘇聯、日本和新西蘭等國都對深海多金屬結核開展了大量的勘查研究工作。70年代，進行了開採試驗。對開採深海多金屬結核可能造成海洋環境污染的問題也進行了研究，並評價了大規模開採的經濟價值。中國從20世紀80年代開始對太平洋北部進行多金屬結核調查，取得了矚目的成果。

深海多金屬結核的形態多樣，但以結核狀最常見，有的還呈殼狀或板狀存在。結核直徑一般為1～20釐米，表面呈土黑色、褐色或棕褐色，密度2～3克/釐米3左右。它的核心由老的結核碎塊、岩屑或生物碎屑組成，碎屑的成分並不影響結核殼層的物質組分，但結核的外形可以顯示出核心碎屑的形狀。殼層在核心的周圍呈環帶狀構造(圖2)，但每一殼層並不都是連續不斷的，其厚度也往往不甚均一。

除環帶狀構造外，結核內部還發育有放射狀裂隙和橫向裂隙。組成深海多金屬結核的礦物顆粒非常細小，其中的單相礦物幾乎難以分離，加之其結晶程度較差，不同組分的微晶常常共生在一起，鑑定起來就非常困難，因此，對深海多金屬結核的礦物定名和礦物組分測定方面，仍存在不少問題，説法也不統一。

但構成結核的錳礦物以“10Å水錳礦”(鋇鎂錳礦)、“7Å水錳礦”(鈉水錳礦)、“δ–MnO2”和針鐵礦等較常見，在結核的層間和層內含有黏土礦物和氟石類礦物。根據化學分析，構成深海多金屬結核的主要元素為Mn、Fe、Si、Al、Ca、Mg、Na、K和Ti，次要成分有Ni、Cu、Co等。尚有U、Th、Nb等多種放射性和稀有元素。各大洋多金屬結核中一些金屬元素含量的平均值見表。Mn、Ni、Co、Cu、Mo、Pb等的平均含量比地殼中的平均值高46～274倍，Si、A1、Ca、Mg、Na、K等則趨於分散。Mn、Fe、Co、Cu和Ni等的含量更超過它們各自在海水中濃度的100萬倍以上。深海錳結核中一些金屬的平均含量(％)金屬太平洋印度洋大西洋Mn17.214.913.6Fe11.814.615.5Ni0.630.380.33Co0.360.310.24Cu0.360.170.16在對結核最外殼層分析時，發現接觸海水的光滑的一面含Fe、Co和Pb較高，而被沉積物埋沒的粗糙的一面則富含Mn、Cu、Ni、Mo，內部殼層的成分則比較均一。深海多金屬結核的化學成分因地而異，因而並非所有的深海多金屬結核都有開採價值。

深海多金屬結核在各大洋底均有分佈。在北大西洋，由於徑流帶入的泥沙量大，加之大部分海底的水深都小於碳酸鹽補償深度，沉積速率高，不利於結核成長。南大西洋和印度洋就有較多的錳結核產出。富集度高、遠景好和最引人矚目的是太平洋的多金屬結核。在同一大洋的不同部位，結核的富集度也很不均一。深海多金屬結核可以和海洋中所有類型的沉積物共生，但以沉積速率低的紅黏土和硅質軟泥最多見，且都存在於鬆散沉積物內，主要富集於洋底表面的泥–水界面處。

自發現深海多金屬結核以來，已從結核的物質來源、搬運方式和生長機制等方面作了廣泛的研究，但至今仍有爭議。早在1877年，當J．默裏研究“挑戰者”號的調查成果時，就提出了深海多金屬結核的形成與火山活動所提供的錳和鐵有關。接着又有人提出與熱液以及與生物活動有關的説法。

現在一般認為深海多金屬結核的金屬成分至少有下列幾種來源：

①陸上岩石風化分解出的金屬離子，由河流等帶入海洋後，隨着pH或Eh的變化發生沉澱，鐵在錳之前，因此近岸區生成的結核中鐵比較富集。

②有人認為海底玄武岩的海解作用每年可給海水提供5 000萬噸鐵和80萬噸錳，也有人認為對這種供給源的估計不能太高。

③海底熱液是深海多金屬結核諸元素的重要來源。

形成深海多金屬結核的諸元素有各種搬運和沉澱方式：

①在氧化環境的海水中，錳的氧化物和鐵的氫氧化物形成凝膠體吸附鎳、鈷、銅等緩慢沉澱。

②通過生物活動使金屬元素富集，這些生物的遺體和糞便都可參與深海多金屬結核的形成。

③間隙水中的錳、鐵等元素，當處於氧化–還原界面之下時呈離子狀態運移，當到達氧化–還原界面之上時就發生沉澱，成為多金屬結核諸元素重要來源之一。

王成厚.大洋錳結核.北京:海洋出版社,1982. ^[1]