多金屬結核，五千米深海我追尋着你
直擊東太平洋科考
本報記者 劉 垠
多金屬結核散落在搪瓷盤中 本報記者 劉垠攝
“左邊松一點”“右邊再拉一下”“絞車，停”……在科考隊員嫺熟的配合下，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温度計測量沉積物温度，一手舉起相機拍照記錄。沖洗掉多金屬結核上的泥巴後，大小不一的黑、褐色“石塊”散落在搪瓷盤中，這就是潛藏於五千米海底的多金屬結核。
連日來，中國大洋四十五航次在東太平洋多金屬結核區夜以繼日地開展科考調查。有人可能會問，為什麼我們不遠萬里縱橫太平洋摸底多金屬結核？多金屬結核究竟是一種什麼礦產？它的前世今生又是怎樣？就此，科技日報隨船記者採訪了科考專家。
結核富含稀缺金屬資源
多金屬結核又稱錳結核，富含錳、鐵、鎳、銅、鈷等多種金屬，粒徑一般在幾釐米至十幾釐米之間，大些的多金屬結核形如“土豆”，還有些連體的“石塊”如同“生薑”。
“多金屬結核位於海底沉積物之上，往往處於半埋藏狀態。結核存在於不同深度的海底，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家馬維林告訴科技日報記者，即使在同一區域，結核丰度的差異性也較大。有的地方鱗次櫛比，有的地方則分佈較少。但一般認為，平均丰度(每平方米的多金屬結核重量)在5公斤以上，平均品位(結核中銅、鈷和鎳三種元素的百分含量之和)高於1.8%，具有一定的規模，可供進行獨立開採的礦體才具有經濟價值。
要探明沉睡海底的結核資源，科學家們幾十年來可沒少花心思。藉助海底攝像、照相等光學手段，能直觀清晰地看到這些海底寶藏的空間分佈；利用箱式取樣等調查方法，可以大致評估結核在海底的富集程度。
“國外大規模調查作業始於上世紀六七十年代，比較早介入的有美、德、法、日等國家。1982年12月10日，《聯合國海洋法公約》在激烈的博弈當中通過；1983年，我國開始在太平洋國際海底區域對多金屬結核進行系統調查。”馬維林説，1991年3月5日，第九屆聯合國海底管理局籌委會批准了中國大洋協會的15萬平方公里結核礦區(開闢區)申請。2001年，國際海底管理局和中國大洋協會正式簽訂《多金屬結核勘探合同》，明確了大洋協會對7.5萬平方公里合同區內多金屬結核資源的專屬勘探權和商業優先開發權，這是我國在國際海底區域獲得的首個多金屬結核勘探合同區。
數百萬年才“長”一釐米
“東太平洋是世界上多金屬結核富集量最多，開採前景最優的地方，我們腳下的克拉里昂―克利珀頓斷裂區，粗略估算結核資源量有700億噸。”馬維林介紹，全球大洋多金屬結核資源總量約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核身影的出現。
這些寶貴的海底礦藏究竟是怎樣形成的？記者採訪中瞭解到，雖然目前多金屬結核的成因眾説紛紜，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，經氧化沉澱形成結核體；二是成岩作用，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，形成結核。此外，還有熱液成因和生物成因等。
當然，這些未解之謎還有待科學的進一步探索。可以肯定的是，潛藏於深海的多金屬結核，“成長”之路相當漫長。
“多金屬結核的‘成長’，有點像樹的生長年輪，圍繞着核心，經歷漫長的時代最終長成一個同心圈層逐次包裹的結核體，其過程往往長達上百萬年至數千萬年。”馬維林説，結核的生長極其緩慢，數百萬年才增長1釐米左右。
商業化開採尚需時日
多金屬結核中所含的銅、鈷、鎳，均是我國稀缺的金屬資源，國內同種金屬的資源儲量遠遠不能滿足經濟發展的需求，嚴重依賴進口。科學合理地開發利用這些深海寶藏，對增強我國的戰略資源保障能力和維護國際海域權益意義重大。
“我們現在所要做的是，逐步查清東太平洋多金屬結核合同區內的資源分佈和富集情況，為將來的試採工作進行科學上的‘踩點’。”馬維林説，依據連續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手段，可以綜合研判區內結核的礦體展布，提高資源評估的可信度和準確率。在前期普查工作的基礎上，科考隊正在緊鑼密鼓地對新的勘探區進行加密調查，以期進一步圈定結核礦體，為未來資源試採和礦區開採做好前期準備。
那麼，多金屬結核開採利用何時到來？馬維林直言，多金屬結核的商業化開採還需時日，“開發深海礦要比陸地礦代價更高，商業開發時機還不成熟，陸地上的同類礦產存儲量還沒緊缺到要國際社會向深海邁步的程度”。
此外，深海採礦對海洋環境的影響究竟有多大？馬維林坦言，目前，確切地説我們的瞭解還不是很透徹。為此，科考隊開展生物、化學、水文、地質和地球物理等多學科綜合調查，深入瞭解合同區的環境“本底”，為將來的多金屬結核試採和相應的環境影響評估做好準備。
值得注意的是，國際上對於多金屬結核的開採技術研究同樣處在試採探索階段。日本曾在北太平洋水深 2200m的Marcus-Wake海山上進行過多金屬結核的採礦試驗並取得成功。
據國家海洋局中國大洋協會辦公室主任劉峯透露，“十三五”國家重點研發計劃項目――深海多金屬結核採礦試驗工程項目已經啓動。該項目通過深海多金屬結核開採關鍵技術的研究，在5年內研製3500米級深海採礦試驗系統，完成不小於1000米水深的海上整體聯動試驗，開展深海採礦環境影響研究，建立環境影響評價模型，初步構建具有國際先進水平的深海採礦技術體系。