潛入深海尋“寶藏”

馬志飛

海底是個聚寶盆

海洋占據(jù)了地球總面積的70.8%，約等于陸地面積的2.5倍，平均水深3682.2米。單就海水而言，這總體積約13.32億立方千米的水體就是一個巨大的資源寶庫。除了種類繁多的海洋生物之外，還蘊含著多種礦物質(zhì)，海水中已知的元素有80多種，可供提取利用的超過50種，我們生產(chǎn)和生活中常用的食鹽、鉀鹽、鎂及其他很多化合物都大多取自于海水。

中國有句古話：“海納百川，有容乃大。”面對廣闊浩瀚的海洋，我們常常感嘆人類的渺小。如果把目光從海洋投向漆黑、神秘的海底，我們就會發(fā)現(xiàn)，這里還有一片更為廣闊的“沃土”，除了大家熟知的石油、天然氣會產(chǎn)自這里，還有更多的未知等待我們?nèi)ヌ剿?。隨著海洋探測技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的國家逐漸將目標(biāo)放在深海領(lǐng)域，深海海底沉積物便是當(dāng)前海洋科學(xué)研究的熱點之一。

海底沉積物的來源非常豐富，有來自于陸地上的碎屑礦物，它們經(jīng)風(fēng)化侵蝕之后被河流、冰川等攜帶進入大海并沉積下來，比如一些石英、云母、磁鐵礦等；有些是海洋中的生物遺體和碎屑沉積在海底形成的，如硅藻軟泥、貝殼碎屑等；有些是海水溶液中的物質(zhì)經(jīng)過化學(xué)過程沉淀在海底的，如硫化鐵、鋇鎂錳礦等。除此之外，海底還會經(jīng)常出現(xiàn)火山的劇烈噴發(fā)，火山灰中的礦物質(zhì)如角閃石、綠簾石等便會沉積在海洋底部，甚至“天外來客”——隕石偶爾也會墜落到海底，從而給海洋帶來一些特殊的礦物。實際上，海洋是一個復(fù)雜的循環(huán)系統(tǒng)，一些物質(zhì)在逐漸消亡的同時，又有另外一些物質(zhì)在慢慢產(chǎn)生，就像是農(nóng)田一樣，只要能夠合理有序的開發(fā)和利用，這里蘊藏的財富便能源源不斷地供應(yīng)給我們?nèi)祟愂褂谩?/p>

海洋，是人類共同的財富，在科學(xué)研究方面，國際社會常常能夠攜手合作。然而，海洋也是人類解決資源短缺、拓展生存發(fā)展空間的戰(zhàn)略必爭之地。面對寶貴的海底礦產(chǎn)，一場“藍色圈地運動”正在世界各國之間無聲地進行著。

海底錳結(jié)核

19世紀(jì)70年代，英國“挑戰(zhàn)者”號考察船進行科學(xué)考察期間，發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的物質(zhì)，科考人員從海底打撈出一些直徑在5～10厘米之間、大小如同土豆一般的黑色團塊狀物體。這究竟是什么呢？大家都感到十分疑惑。但在此后多年的科考期間，他們發(fā)現(xiàn)這種“黑土豆”在大多數(shù)海洋中都存在。后來，經(jīng)過元素鑒定分析，科考人員發(fā)現(xiàn)這種東西居然富含錳、鐵、鎳、銅、鈷等幾十種元素，別看它“其貌不揚”，又黑又沉，可它們體內(nèi)竟然蘊含著這么多值錢的金屬物質(zhì)！因為它們是同心圓環(huán)狀構(gòu)造，就像是病人身上的瘤子一樣，所以人們稱之為錳結(jié)核、錳礦瘤，或者干脆就叫它多金屬結(jié)核。

不過，到目前為止，我們還未能完全了解錳結(jié)核究竟是如何形成的。大多數(shù)人認為是海洋溶液中的金屬成分緩慢從海水中析出、沉淀，以貝殼、魚齒、珊瑚碎片等為核心形成了這種結(jié)核體。這種礦床是陸地上所沒有的一種特殊礦床，主要分布在世界大洋底部水深3500～6000米的海底表層。

據(jù)估計，世界上各大洋中錳結(jié)核的總儲藏量約為3萬億噸。按照錳結(jié)核中各種金屬元素的平均含量計算，僅太平洋的錳結(jié)核中就含有錳2000億噸，鎳90億噸，銅50億噸，鈷30億噸，大約相當(dāng)于陸地儲量的幾十至幾千倍。更令人驚訝的是，這種礦床不僅儲量很大，而且還在繼續(xù)成長中，甚至可以視為一種可再生的資源。

想想看，如果能合理開發(fā)利用這些珍貴資源，那將為人類創(chuàng)造多少財富呢？當(dāng)然，依據(jù)當(dāng)前的科技手段，要實現(xiàn)大規(guī)模開發(fā)錳結(jié)核，還具有一定困難。人們通常認為，它們的平均豐度要達到每平方米富含5 千克以上，才具有可觀的經(jīng)濟價值。

海底熱液沉積物

地質(zhì)學(xué)家在研究海洋時，曾發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象：在美國西海岸外太平洋洋隆的海底裂谷深2500米的地方，居然存在著“海底泉”。與眾不同的是，這些泉水呈黑色，而且間歇性噴發(fā)，在這些泉水噴出后，有許多沉積物形成幾米至十幾米高的中空柱子，就像是陸地上的“煙囪”一樣。噴出物是一種熱氣，遇海水便冷凝成液體，地質(zhì)學(xué)家形象地稱這種泉為“海底煙囪”，在其附近，海水的溫度常常達到300℃以上，同時壓力也很大。

2005年10月，我國的“大洋一號”遠洋科考船在大西洋首選調(diào)查區(qū)的第一個作業(yè)點，獲得了200多千克海底熱液沉積物樣品。后經(jīng)化驗分析發(fā)現(xiàn)，這種沉積物中富含銅、鉛、鋅、金、銀等多種金屬元素，是一種極具開發(fā)前景的潛在資源。

令人感到奇怪的是，這種“海底煙囪”為何會不斷形成呢？原來，海洋底部并非一馬平川，而是溝壑縱橫，由于活躍的海底擴張帶受到地球構(gòu)造運動的影響還常常會產(chǎn)生斷裂和裂縫，有些裂縫深達數(shù)千米。我們知道，地下巖漿易于從最薄弱的地方噴發(fā)出來，大量的海水從裂隙滲入至地殼內(nèi)部，一旦遭遇到熾熱的熔巖，便會瞬間加熱成熱氣，向上噴出。當(dāng)熱液從海底噴發(fā)或溢出時，隨著物理、化學(xué)環(huán)境的變化可相應(yīng)析出黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦等不同類型的礦物組合，遇到上部的冰冷海水逐漸凝固沉淀，時間久了就在海底泉附近形成了一個個“煙囪”。如此這般的海底火山噴發(fā)時常發(fā)生，那富含多種金屬的熱液沉積物也就會不斷產(chǎn)生，有研究表明，它的生成速度比錳結(jié)核的生成速度還要快100 多倍！

更讓人覺得不可思議的是，我國的“大洋一號”遠洋科考船在3000米深的“海底煙囪”附近抓取海底沉積物樣品時，居然發(fā)現(xiàn)這里是生機盎然的生物樂園。按照我們常人的理解，“海底煙囪”噴出的熱液會使周圍形成一片劇毒的硫化物環(huán)境，而且沒有陽光的照射，沒想到就在這樣的惡劣環(huán)境中居然還生長著這么多奇特的生物群體，真可謂是生命的奇跡！

海底稀土

據(jù)英國《自然·地學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版報道，前不久，東京大學(xué)加藤泰浩副教授的研究小組分析了東大海洋研究所等機構(gòu)在太平洋采集的海底地層樣本，結(jié)果顯示，這些深海淤泥中含有大量稀土資源，這些稀土分布在包括夏威夷島在內(nèi)的太平洋中部約880萬平方千米海域以及太平洋東南部法屬塔希提島附近約240萬平方千米海域,在水深3500～6000米的海底淤泥中。這里大部分屬于公海范圍，稀土估算儲量約為1000億噸！這是世界上首次確認海底存在有開采價值的稀土資源。

稀土有著“工業(yè)維生素”、“21世紀(jì)黃金”、“未來元素”等美譽，因為它有著與眾不同的光、電、磁、超導(dǎo)、催化、活性等優(yōu)異性能，就像是人體內(nèi)的維生素一樣，雖然用量不大，但是如果把它加入到其他材料中，便可以組合成多種多樣性能各異的新型材料。稀土并不是土，也不僅指一種元素，而是一類典型的金屬元素的統(tǒng)稱。稀土之所以“稀”，是因為這些元素在地殼中含量較少又相對分散，而且它們的化學(xué)性質(zhì)幾乎一致，就像是十幾個孿生兄弟一樣，提取相當(dāng)困難；之所以被稱為“土”，是因為它們的氧化物多呈土狀，無金屬光澤，不溶于水。稀土就是元素周期表中的15種鑭系元素以及化學(xué)性質(zhì)與鑭系元素相近的兩種元素鈧、釔的統(tǒng)稱，共計17種。

然而，稀土資源十分稀少，當(dāng)前陸地稀土儲量僅為1.1億噸，而且在世界上的分布極其不均勻。我國是世界上稀土資源儲量最大、品種最齊全、生產(chǎn)規(guī)模最大、消費量和出口量最多的國家，是名符其實的“稀土大國”。 據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國現(xiàn)在占據(jù)了全球95%以上的市場份額，也就是說全球超過95%的稀土都產(chǎn)自中國。美國、加拿大、澳大利亞、韓國、日本等國家深知稀土資源的戰(zhàn)略意義，不開采本國稀土，而是從國外大量進口，作為自己的戰(zhàn)略儲備。

日本是一個資源十分貧乏的國家，此次發(fā)現(xiàn)海底蘊藏著如此多的稀土資源，當(dāng)然不會停滯不前。盡管開采海底稀土將會耗費巨大的財力，甚至英國媒體就此評論道：這是日本急于尋找稀土的替代來源而饑不擇食。雖然從目前看來只是白日做夢，但日本已經(jīng)著手開發(fā)深海采礦系統(tǒng)，利用深海采礦機器人等技術(shù)手段實施深海資源的開采。

根據(jù)聯(lián)合國《海洋法公約》的規(guī)定：國家管轄范圍以外的海床和洋底及其底土被稱為“國際海底區(qū)域”，該區(qū)域及其資源是人類共同財產(chǎn)。在這片廣闊的區(qū)域中，已經(jīng)有大量的海洋礦產(chǎn)資源被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，所以有人稱之為“地球上尚未被人類充分認識和利用的潛在戰(zhàn)略資源基地”。 也正是由于公海海底資源歸屬具有不明確性, 在這場沒有硝煙的戰(zhàn)爭中能夠搶占先機的，必然是海洋及科技強國。