多姿多彩的海底世界、海洋生命和海洋環(huán)境以及豐富的海洋礦產(chǎn)資源，無不令人心馳神往。在有些海洋約四千米深處，分布著大量的、馬鈴薯形狀的多金屬結(jié)核。它們已經(jīng)在這些海域存在了上百萬年，并依舊在緩慢地生長。

人類發(fā)現(xiàn)多金屬結(jié)核已有150余年。1868年，“索菲亞號”在西伯利亞岸外的北冰洋喀拉海首次發(fā)現(xiàn)多金屬結(jié)核，1872年-1876年英國“挑戰(zhàn)者號”考察船的重要發(fā)現(xiàn)之一就是世界大多數(shù)海底普遍存在多金屬結(jié)核。

多金屬結(jié)核是分布在大洋海床上的一種自生多金屬礦產(chǎn)資源，大小相差懸殊，外形呈結(jié)核狀，一般由核心及圍繞它的殼層構(gòu)成，其礦物成分主要為鐵錳氧化物和氫氧化物。它的核心通常是微生物化石（有孔蟲）、磷化的鯊魚牙齒碎片等碎屑。結(jié)核通常富含錳、鐵、鎳、銅、鈦、鈷等化學(xué)元素和多種微量元素。剖開來看會發(fā)現(xiàn)，結(jié)核核心是化石、巖石或者其他結(jié)核的碎片，呈同心圓，具同心殼層構(gòu)造。由于目前已發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)多金屬結(jié)核中錳元素占比最高，因此多金屬結(jié)核又被稱為錳結(jié)核或鐵錳結(jié)核。

多金屬結(jié)核外表呈暗褐色或黑色，外形呈球狀、橢圓狀、菜花狀等。在形成過程中，由于成礦時間、成礦環(huán)境的影響，結(jié)核大小相差懸殊，從直徑小于1毫米的微結(jié)核至直徑數(shù)十厘米的大結(jié)核均可見到。通常，結(jié)核埋藏于沉積物中的部分比暴露部分更粗糙。

錳結(jié)核的形成原理與鐵銹的形成類似，需要處于氧化環(huán)境中，在金屬元素和氧氣的共同作用下形成。一個結(jié)核的形成往往能追溯到數(shù)百萬年前，最初以一個鯊魚牙齒碎片為核心，在大洋底沉積物表層，海水中溶解的金屬陽離子隨著時間推移在核心周圍沉淀，形成包圍核心的殼層。主流觀點認為結(jié)核的成因主要有兩種，一是水成成因，金屬成分緩慢從海水中析出，經(jīng)氧化沉淀在沉積物表面形成結(jié)核體，以表面較光滑的暴露型結(jié)核為代表，此種結(jié)核泥質(zhì)含量相對較高，低錳（<23%）高鐵（>10%），品位低；二是成巖成因，這一過程發(fā)生在沉積物中，因壓力梯度，沉積物孔隙水中的金屬離子上升，一旦到達氧化環(huán)境，便會在核心周圍發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成殼層，這一反應(yīng)通常位于沉積物下方10-15厘米深度處，以粗糙的埋藏型結(jié)核為代表，此種結(jié)核錳泥質(zhì)含量少，錳高（普遍>27%）鐵低（一般<7%），品位通常在2.5%左右。

錳結(jié)核的生長速度非常緩慢，這意味著只有環(huán)境在較長的時間尺度上相對穩(wěn)定，結(jié)核才能保持生長。錳結(jié)核的生長需要有以下條件：懸浮物沉降速率低，從而結(jié)核不會被快速覆蓋；穩(wěn)定流動的南極底層水，這是南極海水深三千米之下低溫高密度的底層流動水體，該水團可能將結(jié)核埋藏需要的細小沉積物顆粒帶走，而較粗的顆粒，如小型海洋生物外殼的碎片，可能留下來作為形成結(jié)核的新核心；良好的氧氣供應(yīng)，例如，南極底層水將海洋表層富氧水輸送至更深的海域，為鐵錳氧化物的形成提供氧；洋底松軟的含水沉積物，沉積物必須能夠容納大量的孔隙水，才可能形成成巖結(jié)核。

相較陸地錳礦中的錳元素含量（35%-55%），錳結(jié)核中錳元素含量略低（約24%），但由于海洋中的錳結(jié)核資源量大，且它們含有的元素種類更豐富，因此被認為具有巨大的潛在經(jīng)濟價值。

錳結(jié)核存在于許多海洋區(qū)域，廣泛分布于3500米-6500米的深海平原的松軟表層沉積物中，總體位于碳酸鹽補償深度以下。根據(jù)前人調(diào)查結(jié)果，太平洋的多金屬結(jié)核最為富集，經(jīng)濟價值最高且分布最廣泛，而大西洋由于懸浮物沉積速率較高，錳結(jié)核不能廣泛發(fā)育，造成大西洋錳結(jié)核的資源量遠低于太平洋與印度洋。大洋深處的錳結(jié)核含量要比近海的錳結(jié)核含量高出5倍多。從目前已有調(diào)查來看，與富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物相比，深海多金屬結(jié)核資源是分布最廣泛、資源開采潛力最大、最具經(jīng)濟價值的深海礦產(chǎn)資源，其所含金屬都是工業(yè)生產(chǎn)上的重要原料。

從應(yīng)用價值角度來說，多金屬結(jié)核所富含的鈷、錳、鎳等稀有元素都是重要的戰(zhàn)略性資源，是生產(chǎn)高品質(zhì)鋼鐵產(chǎn)品不可缺少的重要成分，也被廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)及高新科技生產(chǎn)中，如太陽能電池、超導(dǎo)體、高級激光系統(tǒng)及切削刀具。全球每年鈷產(chǎn)量約26%被用于生產(chǎn)航天領(lǐng)域的高級合金。

多金屬結(jié)核蘊藏豐富，經(jīng)濟價值巨大，開發(fā)這一戰(zhàn)略性資源將推動深?？萍籍a(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，多波束回聲探測儀、水下機器人、箱式采樣技術(shù)被廣泛運用于海底多金屬結(jié)核礦床的勘探。

來源：自然資源部宣傳教育中心

責(zé)任編輯：李月萍