多金属结核，五千米深海我追寻着你
直击东太平洋科考
本报记者 刘 垠
多金属结核散落在搪瓷盘中 本报记者 刘垠摄
“左边松一点”“右边再拉一下”“绞车，停”……在科考队员娴熟的配合下，笨重的箱式取样器妥妥地落在“向阳红03”船甲板上。
打开取样器，抽掉上覆水，国家海洋局第二海洋研究所副研究员杨克红一手拿温度计测量沉积物温度，一手举起相机拍照记录。冲洗掉多金属结核上的泥巴后，大小不一的黑、褐色“石块”散落在搪瓷盘中，这就是潜藏于五千米海底的多金属结核。
连日来，中国大洋四十五航次在东太平洋多金属结核区夜以继日地开展科考调查。有人可能会问，为什么我们不远万里纵横太平洋摸底多金属结核？多金属结核究竟是一种什么矿产？它的前世今生又是怎样？就此，科技日报随船记者采访了科考专家。
结核富含稀缺金属资源
多金属结核又称锰结核，富含锰、铁、镍、铜、钴等多种金属，粒径一般在几厘米至十几厘米之间，大些的多金属结核形如“土豆”，还有些连体的“石块”如同“生姜”。
“多金属结核位于海底沉积物之上，往往处于半埋藏状态。结核存在于不同深度的海底，但4000―6000米深度赋存量最丰富。”大洋四十五航次第二航段首席科学家马维林告诉科技日报记者，即使在同一区域，结核丰度的差异性也较大。有的地方鳞次栉比，有的地方则分布较少。但一般认为，平均丰度(每平方米的多金属结核重量)在5公斤以上，平均品位(结核中铜、钴和镍三种元素的百分含量之和)高于1.8%，具有一定的规模，可供进行独立开采的矿体才具有经济价值。
要探明沉睡海底的结核资源，科学家们几十年来可没少花心思。借助海底摄像、照相等光学手段，能直观清晰地看到这些海底宝藏的空间分布；利用箱式取样等调查方法，可以大致评估结核在海底的富集程度。
“国外大规模调查作业始于上世纪六七十年代，比较早介入的有美、德、法、日等国家。1982年12月10日，《联合国海洋法公约》在激烈的博弈当中通过；1983年，我国开始在太平洋国际海底区域对多金属结核进行系统调查。”马维林说，1991年3月5日，第九届联合国海底管理局筹委会批准了中国大洋协会的15万平方公里结核矿区(开辟区)申请。2001年，国际海底管理局和中国大洋协会正式签订《多金属结核勘探合同》，明确了大洋协会对7.5万平方公里合同区内多金属结核资源的专属勘探权和商业优先开发权，这是我国在国际海底区域获得的首个多金属结核勘探合同区。
数百万年才“长”一厘米
“东太平洋是世界上多金属结核富集量最多，开采前景最优的地方，我们脚下的克拉里昂―克利珀顿断裂区，粗略估算结核资源量有700亿吨。”马维林介绍，全球大洋多金属结核资源总量约3万亿吨，其中，太平洋约有1.7万亿吨，大西洋和印度洋也都有结核身影的出现。
这些宝贵的海底矿藏究竟是怎样形成的？记者采访中了解到，虽然目前多金属结核的成因众说纷纭，但主流的观点有两种：一是水成作用，金属成分缓慢从海水中析出，经氧化沉淀形成结核体；二是成岩作用，由沉积物中活化迁移的金属元素重新在沉积物/水界面氧化析出，形成结核。此外，还有热液成因和生物成因等。
当然，这些未解之谜还有待科学的进一步探索。可以肯定的是，潜藏于深海的多金属结核，“成长”之路相当漫长。
“多金属结核的‘成长’，有点像树的生长年轮，围绕着核心，经历漫长的时代最终长成一个同心圈层逐次包裹的结核体，其过程往往长达上百万年至数千万年。”马维林说，结核的生长极其缓慢，数百万年才增长1厘米左右。
商业化开采尚需时日
多金属结核中所含的铜、钴、镍，均是我国稀缺的金属资源，国内同种金属的资源储量远远不能满足经济发展的需求，严重依赖进口。科学合理地开发利用这些深海宝藏，对增强我国的战略资源保障能力和维护国际海域权益意义重大。
“我们现在所要做的是，逐步查清东太平洋多金属结核合同区内的资源分布和富集情况，为将来的试采工作进行科学上的‘踩点’。”马维林说，依据连续剖面的海底摄像照相观察、多波束回波信号探测和箱式取样验证等科学手段，可以综合研判区内结核的矿体展布，提高资源评估的可信度和准确率。在前期普查工作的基础上，科考队正在紧锣密鼓地对新的勘探区进行加密调查，以期进一步圈定结核矿体，为未来资源试采和矿区开采做好前期准备。
那么，多金属结核开采利用何时到来？马维林直言，多金属结核的商业化开采还需时日，“开发深海矿要比陆地矿代价更高，商业开发时机还不成熟，陆地上的同类矿产存储量还没紧缺到要国际社会向深海迈步的程度”。
此外，深海采矿对海洋环境的影响究竟有多大？马维林坦言，目前，确切地说我们的了解还不是很透彻。为此，科考队开展生物、化学、水文、地质和地球物理等多学科综合调查，深入了解合同区的环境“本底”，为将来的多金属结核试采和相应的环境影响评估做好准备。
值得注意的是，国际上对于多金属结核的开采技术研究同样处在试采探索阶段。日本曾在北太平洋水深 2200m的Marcus-Wake海山上进行过多金属结核的采矿试验并取得成功。
据国家海洋局中国大洋协会办公室主任刘峰透露，“十三五”国家重点研发计划项目――深海多金属结核采矿试验工程项目已经启动。该项目通过深海多金属结核开采关键技术的研究，在5年内研制3500米级深海采矿试验系统，完成不小于1000米水深的海上整体联动试验，开展深海采矿环境影响研究，建立环境影响评价模型，初步构建具有国际先进水平的深海采矿技术体系。