敞开沉睡的“蓝色聚宝盆”

敞开沉睡的“蓝色聚宝盆”

在海洋这个“蓝色聚宝盆”中，不仅蕴藏着丰富的矿产、化学资源，而且还有着“取之不尽、用之不竭”的海洋能源。这也许就是人类能够依赖它们并使生命得以延续，人类社会可持续发展的“柳暗花明”之处。

“黑色鹅卵石”的发现与开采

1872年，由英国海洋学家汤姆森教授担任首席科学家的“挑战者”号海洋考察船从英国出发，驶向浩瀚的大西洋，开始了一次历来令全世界震惊的考察。翌年2月18日，“挑战者”号航行到北大西洋加那利群岛的费得罗岛西南大约300千米海域时，用拖船采集到一些黑乎乎、类似鹅卵石的团块。10多天后，他们又一次用拖网捞起了这种团块。经过简单化验后证实：这种团块几乎全由纯净的氧化铁和氧化锰组成。此后不久，“挑战者”号又相继用拖船在大西洋、印度洋及太平洋的其他深海区共获取了约200升这样的团块。1882年，英国的约·雷默爵士和地学家雷纳教授开始对这些团块进行系统研究，证实其中合有大量的锰、铁、铜、镍、钴等元素，最后将它命名为“大洋锰结核”（正式称“大洋多金属矿”）。锰结核形似鹅卵石或土豆，也有的呈球状、皮壳状、团盘状、多角状、结节状、葡萄状……其大小迥异，但常见为1－25厘米，个别的可达1米以上。

锰结核一般多分布在远离海岸，水深在3000－5000米的深海大洋的表层沉积中。据统计，目前各大洋巳知的锰结核总储量为3万亿吨，尤以太平洋最为丰富，达1．7万亿吨，内含锰4000亿吨、镍164亿吨、铜88亿吨、钴58亿吨。这些储量相当于目的陆地锰储量的400多倍、镍的1000多倍、铜的88倍、钴的5000多倍。若以世界每年消耗锰2400万吨计，可供人类使用1．6万年以上；若以世界每年消耗钴5万吨计可供使用11万年以上；若以世界每年消耗铜400万吨计，可供全世界使用2200年；若以世界每年消耗镍60万吨计，可供全世界使用2．5万年以上。更为有趣和有意义的是，锰结核还在不断地生长。据美国科学家梅鲁称，太平洋底的锰结核以每年1000万吨左右的速度在“疯狂”地生长。

如果每年仅从太平洋底新生出来的锰结核中提取金属的话，其中铜即可供全世界用3年，钴可用4年，镍可以用1年。所以，毫不夸张地说，深海中的锰结核的确称得上是一种取之不尽、用之不竭的矿产资源。

为了使这些深藏于海底的宝藏尽早发挥它们的价值，美、日、法、德、英、加拿大等同于50年代起即开始深海锰结核的勘探。并组织试采和加工处理。只在50年代，前苏联就出动“勇士”号先对太平洋和印度洋，而后对大西洋实施调查。美国的锰结核调会研究工作起步于1958年。1962年以来，美同一些公司正式进行锰结核的调查和勘探。70年代初，美国锰结核研究勘探工作全面展开。1975年2月25日，美在内务部建立大洋采矿管理局，以管理美国的海洋采矿公司。经过多年的调查勘探，美国在此领域卓有成效。1978年，美国一家地质研究所正式出版了《海底沉积物和锰结核分布图》，使世界各国对各大洋特别是太平洋海域的锰结核情况有了较全面、正确的了解。

自70年代中期以来，我国相继开展了大洋海底资源的勘察活动，并制定了大洋锰结核资源调查开发研究计划。从1987年12月10日我国签署《联合国海洋法公约》起，上述计划执行规模更加扩大。到1990年，我国先后在太平洋赤道水域、中太平洋海盆和东太平洋海盆进行了数十次调查，概查面积达200多万平方千米，总投资6亿多美元，从而在太平洋CC区范围内选出有足够商用价值、可供采矿作业的结核矿区30万平方千米。1990年8月22日，我国向联合回国际海底管理局和国际海洋法法庭筹委会申请国际海洋矿区，要求登记为先驱投资者，并要求分配到一定的国际海底矿区，目的是遵照《联合国海洋法公约》所确定的原则，开辟新的矿产资源的来源，满足我国对矿产资源的部分需求。该申请方案于1990年12月经联合国国际海底管理局和国际海洋法法庭筹委会技术专家组的严格技术审查，获得通过，并正式于1991年3月得到批准。由此，中国成为继印度、法国、日本和前苏联之后的第五个国际海底多金属结核矿开发先驱投资者，获得了15万平方千米的国际海底矿区。海底锰结核勘探开发工作已列入我国1990－2005年的国家长远发展规划。

1997年5月20日，我国“大洋”1号和“海洋”4号科学考察船由广州黄埔港拨锚启航，执行大洋锰结核（多金属结核）的进一步勘察任务。这两艘船均装有国际先进的CTD（温盐深自动记录仪）、卫星通信和导航设备、深海观察和采捕设备等。“大洋”l号还安装有当今世界上最先进的拖曳式深海观察系统、自治式“机器人”、多波束测深系统、现场实验室分析系统等。自治式“机器人”可完全依靠自身的动力下潜到6000米以下的深水进行水下摄影、录像、浅地层剖面分析、采集样品等；它遇到特殊地形或障碍时能够自动躲避，在特殊情况下还能执行紧急上浮指令，以确保自身和资料的安全。拖曳式深海水下观测系统是依靠缆绳拖带，由电缆提供能源和指令，深入到洋底进行各种观察、记录活动的仪器，并配有水下电视、浅地层副面仪等。上述两艘考察船都安装了多波束测深系统。达样，船走过一条航线后，就能够同时得到数十千米宽的大洋水深图。通过这些水深图，科学家们就可以十分准确地描述海底的地形地貌，为采矿作业提供资料。目前世界上能达到这种考察程度的只有少数几个国家，所以，这次考察堪称当今国际上科技含量最高的海洋考察之一。

现今，人类调查和勘探锰结核的技术设备已发展到了光学、电学、声学设备及无线取样法；先后出现了深海电视、深海照像机、遥控水下摄影机等。近些年来，多量程回声测深仪、3．5千赫海底浅层剖面仪和人工地震仪、旁视声纳等声学探测技术，也逐步应用于大洋锰结核的调查中。日前，日、德、法等同已将水声与浅地层地震技术成功地应用于洋底锰结核的勘探。

在多年开采摸索的基础上，各国已普遍采用三种开采技术：一种是气压式提升采矿技术，整个系统由高压气泵、采矿管、储矿装置等组成，采矿作业时，首先在船上启动高压气泵，气泵产生的高压空气通过输气管道向下，从采矿管的深、中和浅的三个部分输入，在采矿管中产生高速上升的气、固、液三相混合流，将经过集矿装置的筛滤系统选择过的锰结核提升到采矿船内。该采矿系统现已具有能提取水下5000米深处、日产300吨锰结核的能力。第二种是连续漏斗式采矿系统。这种系统是在长1500米的高强度的聚内二醇脂绳上每隔25－50米安装一个采矿漏斗。采矿时，船上的牵引机带动绳索。通过绞车滑轮使漏斗在海底循环翻转，在海底不断拖过挖取锰结核，把矿石卸到船上并迅即筛选与排除泥沙。这种采矿系统在60－70年代进行过大量试验、证明，具有结构简单、适应性强、采矿成本低等优点；但同时也存在采矿效率低，很难准确控制开采区等不足。第三种是水力提升式采矿系统。它主要由来矿管、浮筒、高压水泵和集矿装置四部分组成。采矿管悬挂在采矿船利浮筒下，起着输送锰结核的作用。高压水泵通过高压使采矿管道内产生高速上升水流，从而把锰结核和水一起由海底提升到采矿船内，采矿装置则进行筛选、采集锰结核。近年来，一种海底自动采矿技术日渐风靡。这种技术主要利用遥控潜水器潜到海底采集锰结核，然后自动上浮，把采集到的矿石卸到海上半潜式采矿平台上。深潜开发对于采集较探的海底锰结核也不成问题。但每次采集数量有限，且沉浮时间太长，因而大规模采集难以使用，多应用于大量开采前的取样、试采。

目前，锰结核的冶炼方式主要有两种：一是低湿式冶炼法。这种方法用酸、氨或二氧化硫之类还原剂浸析粉碎后的锰结核。将金属氧化物首先还原到金属或较低氧化状态的化合物，然后使其中的镍、铜、钴等离子析出。二是高温式湿提炼法。该方法是将粉碎后的锰结核经过高温熔融、氯化处理、分离和还原等步骤，获取各种有用的金属。