Monday, 28 November, 2022

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【汇旺担保】深海锰结核

[拼音]:shenhai mengjiehe

[外文]:deep-sea manganese nodules

自生于深海底的矿物。以锰和铁的氧化物和氢氧化物为主要组分,含多种金属元素如铜、镍、钴等,大都以结核状存在。亦称锰矿球、锰矿瘤、锰团块或多金属结核。因其储量巨大,并在继续增长,已成为一种巨大的潜在金属资源。

资源和研究概况

世界各大洋底锰结核的总储量各人估计不同,有人估计为 30000亿吨。仅太平洋底锰结核的储量就达17000亿吨,其中含锰4000亿吨,镍164亿吨,铜88亿吨,钴58亿吨。亦有人估计太平洋锰结核量为1000~2000亿吨左右。南太平洋锰结核各种金属含量较低,只有个别地方铜和镍的总品位大于 1.8%。大西洋和印度洋锰结核的经济评价亦较差。根据同位素测定得出深海锰结核的生长速率为平均 100万年增长几毫米至几厘米,估计现仍以每年约1000万吨的速率生长。深海锰结核实为取之不竭的“活”矿床。

早在1872~1876年“挑战者”号进行环球考察时,就已经发现深洋底的锰结核,但直至20世纪40年代,深海锰结核的调查研究工作进展不大。第二次世界大战以后,随著海洋地质学的发展,逐步查明了锰结核在深海底有著广泛的分布,通过海底照相和电视等手段又揭示了锰结核在深海底的赋存状态。深海锰结核可以成为铜、镍、钴等金属的新来源,从而引起了人们的极大重视。美国、法国、联邦德国、苏联、日本和纽西兰等国都对深海锰结核开展了大量的勘查研究工作。70年代,进行了开采试验。对开采深海锰结核可能造成海洋环境污染的问题也进行了研究,并评价了大规模开采的经济价值。中国进行了多次锰结核调查,1983年对太平洋北部的调查规模较大。

一般特征

深海锰结核的形态多样,但以结核状最常见,有的还呈壳状或板状存在。结核直径一般为 1~20厘米,表面呈土黑色、褐色或棕褐色,比重2~3左右。它的核心由老的结核碎块、岩屑或生物碎屑组成,碎屑的成分并不影响结核壳层的物质组分,但结核的外形可以显示出核心碎屑的形状。壳层在核心的周围呈环带状构造(见图),

但每一壳层并不都是连续不断,其厚度也往往不甚均一。除环带状构造外,结核内部还发育有放射状裂隙和横向裂隙,一般认为是结核形成过程中造成的。

组成深海锰结核的矿物颗粒非常细小,几乎不可能分离出单相矿物,加之结晶程度较差,不同组分的微晶常常共生在一起,鑑定起来就非常困难,因此对深海锰结核的矿物定名和矿物组分测定方面,仍存在不少问题,说法也不统一。但构成锰结核的矿物以“10┱水锰矿”(钡镁锰矿)、“7┱水锰矿”(钠水锰矿)、“δ-MnO2”和针铁矿等较常见,在结核的层间和层内含有粘土矿物和氟石类矿物。

根据化学分析,构成深海锰结核的主要元素为Mn、Fe、Si、Al、Ca、Mg、Na、K 和Ti,次要成分有Ni、Cu、Co等。尚有 U、Th、Nb等多种放射性和稀有元素。各大洋锰结核中一些金属含量的平均值见表。Mn、Ni、Co、Cu、Mo、Pb等的平均含量比地壳中的平均值高46~274倍,Si、Al、Ca、Mg、Na、K等则趋于分散。Mn、Fe、Co、Cu和 Ni等的含量更超过它们各自在海水中浓度的100万倍以上。

在对结核最外壳层分析时,发现接触海水的光滑的一面含Fe、Co和Pb较高,而被沉积物埋没的粗糙的一面则富含Mn、Cu、Ni、Mo,内部壳层的成分则比较均一。

深海锰结核的化学成分随地而异,因而并不是所有的深海锰结核都有开采价值。

分布

深海锰结核在各大洋底均有分布。在北大西洋,由于径流带入的泥沙量大,再者大部分海底的水深都小于碳酸盐补偿深度,沉积速率高,不利于锰结核成长。南大西洋和印度洋就有较多的锰结核产出。富集度高、远景好和最引人瞩目的是太平洋的锰结核。在同一大洋的不同部位,锰结核的富集度也很不均一。

深海锰结核可以和海洋中所有型别的沉积物共生,但以沉积速率低的红粘土和矽质软泥最多见,且都存在于松散沉积物内,主要富集于洋底表面的泥-水介面处。

成因探讨

自深海锰结核发现以来,已从结核的物质来源、搬运方式和生长机制等方面对锰结核的成因作了广泛的探讨,但至今仍是一个有争议的问题。

早在1877年,当J.默里研究“挑战者”号的调查成果时,就提出了深海锰结核的形成与火山活动所提供的锰和铁有关。接著又有人提出与热液以及与生物有关的说法。现在一般认为深海锰结核的金属成分至少有下列几种来源:

(1)陆上岩石的风化可以分解出金属离子,由河流等带入海洋后,随著pH或Eh的变化,铁在锰之前发生沉淀,因此近岸区生成的结核中铁比较富集。

(2)有人认为海底玄武岩的海解作用每年可给海水提供5000万吨铁和80万吨锰,也有人认为对这种供给源的估计不能太高。

(3)海底热液是深海锰结核诸元素的重要来源。

形成深海锰结核的诸元素有各种搬运和沉淀方式:

(1)在氧化环境的海水中,锰的氧化物和铁的氢氧化物形成凝胶体吸附镍、钴、铜等缓慢沉淀。

(2)通过生物活动使金属元素富集,这些生物的遗体和粪便都可参与深海锰结核的形成。

(3)间隙水中的锰、铁等元素,当处于氧化-还原介面之下时呈离子状态运移,当到达氧化-还原介面之上时就发生沉淀,成为锰结核诸元素重要来源之一。

参考书目

王成厚编著:《大洋锰结核》,海洋出版社,北京,1982。

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