寻找金属矿 向深海进军

文/马志飞

     当今世界，科技发展日新月异，但重大科研项目的重心始终是紧紧围绕“上天、入地、下海、登极”四大工作领域。在航天、极地科考方面，我们中国已经走在了世界前列，可是对于地球深部探测和大洋探测，却还有很长的路要走。

      2011年初，《百科知识》杂志发表一篇题为《透明的地球》的文章，讲述到我国正在启动“中国地下4000米透明计划”和“深部探测技术与实验研究专项( 2008～2012)”，力争在不远的将来大幅提高我国对地球深部的探测能力。(链接：http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=258217&do=blog&id=437251)

      对于深海探测，我们正在做出哪些努力呢？

 “蛟龙”入水 洋底探宝

      2011年盛夏，我国“蛟龙”入水成为国内外关注的焦点，2011年8月18日，“蛟龙”完成5000米级海试，载誉归来。“蛟龙号”本次海试共进行了5次下潜，最大下潜深度达到了5188米，极大地提高了我国的海洋深潜能力。

     实际上，从2009年8月开始，我国的“蛟龙号”载人深潜器就先后组织开展1000米级和3000米级海试工作。去年5月31日-7月18日，“蛟龙号”载人潜水器突破3000米级下潜深度，最大下潜深度达到3759米，超过全球海洋平均深度3682米，这标志着我国成为美、法、俄、日之后第五个掌握3500米以上大深度载人深潜技术的国家。

    “蛟龙”入水，不仅向世界证明了我国的海洋深潜器能够畅行于占地球海洋面积75%的海底了，极大增强了中国科技工作者进军深海大洋、探索海洋奥秘的信心和决心，而且从深海洋底带回了具有极大科研价值的“海底宝藏”——锰结核，将为我们研究和开采深海金属矿产资源提供重要基础数据。

深海之宝锰结核

     海洋，是一片蓝色的土地，在国民经济中也发挥着越来越重要的作用。2010年我国海洋生产总值达到38439亿元，已经占到了国内生产总值的近10%。同时，海洋还是一个巨大的资源宝库，不仅蕴藏着大量的石油、煤炭、天然气，还在海底埋藏着大量的金属矿产，是个名符其实的“聚宝盆”。

     然而，由于技术水平和经济条件的限制，目前人们对于海洋中的石油、天然气、金属砂矿和建筑材料的开发和利用主要还是集中于滨海和大陆架，即使是海底煤田也往往是陆地煤田的延伸，如河北唐山开滦煤田就有一部分煤层向海底延伸。而在深海区，还分布着一种重要的矿产，那就是锰结核。

     在1872至于1876年间，英国“挑战者”号考察船进行科学考察期间，发现了一种奇怪的东西，科考人员从海底打捞出一些直径在5到10厘米之间、大小如同土豆一般的黑色团块状物体，这究竟是什么呢？大家感到十分疑惑，但是在多年的科考期间，他们发现这种“黑土豆”在大多数海洋中都存在。后来，经过鉴定分析，科考人员发现这种东西居然富含锰、铁、镍、钴、铜等几十种元素，难怪它又黑又沉，原来它们体内蕴含着这么多值钱的金属物质！因为它们是同心圆环状构造，就像是病人身上的瘤子一样，所以人们称之为锰结核、锰矿瘤，或者干脆就叫它多金属结核。

     虽然目前我们还未能完全了解锰结核究竟是如何形成的，但大多数人认同的一种观点是:水成作用，即金属成分缓慢从海水中析出，不断沉淀，以贝壳、鱼齿、珊瑚碎片、岩屑等为核心形成结核体，一般情况下直径都在1 毫米以上，平均约8厘米。由于锰结核的形成源于海洋沉积，所以这种矿床是陆地上所没有的一种特殊矿床，主要分布在世界大洋底部水深3500～6000米海底表层。

     据估计，界上各大洋中锰结核的总储藏量约为3万亿吨，按照锰结核中各种金属元素的平均含量计算，仅太平洋的锰结核中就含有锰2000亿吨，镍为90亿吨，铜为50亿吨，钴为30亿吨，大约相当于陆地储量的几十至几千倍。更令人惊讶的是，这种矿床不仅储量很大，而且还在继续成长中，仿佛就是一种可再生资源。

     想想看，如果能合理开发利用这些珍贵资源，那将为人类创造多少财富呢？当然，依据当前的科技手段，要实现大规模开发锰结核，还具有一定困难，通常认为，它们的平均丰度要达到每平方米富含5 千克以上，才具有可观的经济价值。自20 世纪70 年代开始，我国就已经着手进行国际海底区域勘查活动，锰结核就是当时最先进行大规模调查的矿产资源。经过详细的海洋调查，我国于1999 年正式获得了东太平洋区域的7.5 万平方千米的多金属结核矿区的专属勘探权，并且在锰结核进入商业开采时具有优先开发权。

海底如何能探矿

     在陆地上找矿，人们已经总结了非常丰富的经验，但是在浩瀚的深海之中，既要克服海水的流动性，又要克服深水中的强大压强，若要详细探查海底状况，显得十分棘手。目前，我们研究海底地质，主要还是依据现场调查、钻探和地球物理勘探等手段。

     首先，需要具有特殊功能的海洋调查船。这种专门从事海洋地质调查的船舶上除有雷达及卫星导航仪等定位导航设备外，还装载有回声测深仪、旁侧声纳，用于调查海底地形地貌；拖网、抓斗、采泥器等用于获取沉积物和岩石样品；地球物理勘察设备用于探测海底地质构造及矿产资源，除此之外，船上还设有地质、化学实验室。现在我国已有自己设计制造的海洋地质调查船，如海洋一号，海洋二号，奋斗一号，大洋一号等，都担负着海洋地质和矿产资源的调查任务。

     其次，建造具备深潜能力的深潜器。这种装置可以分为载人和非载人两种，通常是由母船沉放到海底进行观测和取样，一般呈球形。如1960年，美国的 “曲斯特II”号潜水器成功地在太平洋马里亚纳海沟载人下潜到深度为10916米(海沟最深点为11034米)，夺得了下潜深度的冠军。但是，这种深潜器还比较原始，尚无航行和作业能力。我国的“蛟龙”号则不仅可以对海底小范围地形地貌进行进行测量，还可以获取岩石样品，通过水下摄像、照相等方法直接观测海底沉积物及其动态，在技术上已经大有突破。

     第三，实施海洋钻探。无论是陆地还是海洋，钻探始终都是最直接的地质勘查手段。1968年8月开始，多个国家共同参与实施深海钻探计划，截至1983年11月，“格罗玛・挑战者”号钻探船在太平洋、大西洋和印度洋624个站位上钻井1092口，取得岩心9500余米，不仅验证了海底扩张和板块构造，而且还发展了大洋地层学理论，成为海洋地质科学史上的一大功臣。此后，美、英、法、德、日、加、澳、韩、中等数十个国家于1985年合力开展了一项更为宏伟的科研项目——大洋钻探计划。

     海洋，是人类共同的财富，在科学研究方面，国际社会常常能够携手合作。然而，海洋也是人类解决资源短缺、拓展生存发展空间的战略必争之地。面对宝贵的海底矿产，一场“蓝色圈地运动”正在世界各国之间无声地进行着。

     我们的地球上大部分都被海水所覆盖，除了滨海国家所管辖的领海以外，更大的则是公海，根据联合国《海洋法公约》的规定：国家管辖范围以外的海床和洋底及其底土被称为“国际海底区域”，该区域及其资源是人类共同继承财产。在这片广阔的区域中，已经有大量的锰结核、热液硫化物等海洋矿产资源被发现，所以有人称之为“地球上尚未被人类充分认识和利用的潜在战略资源基地”。也正是由于公海海底资源归属具有不明确性, 在这场没有硝烟的战争中能够抢占先机的，必然是海洋强国、科技强国。历史不止一次的证明，如果我们没有强大的科技力量作支撑，没有高瞻远瞩的战略眼光，我们将会失去更多主动权。

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