深海锰结核

锰结核是沉淀在海洋底部的一种矿石，它主要的商业价值在于含有30多种金属元素。

继可燃冰之后，锰结核成为未来深海能源开采的新选项。

7月3日，在中国南海的“蛟龙海山”区，执行首个试验性应用航次的中国“蛟龙”号载人潜水器发现了大面积铁锰结核，并采集了8块样品。这个消息再次点燃了人们对于深海能源勘测的热情。

锰结核是沉淀在海洋底部的一种矿石，主要由氧化铁和氧化锰构成，它主要的商业价值在于含有30多种金属元素，其中储存镍、钴、铜、锰的总量分别高出陆上相应储量的几十倍到几千倍。

据从事矿产资源勘查和勘探研究的相关机构预测，进入21世纪之后，各类型的矿物原料消耗呈持续快速增长态势，预计在2001至2050年之间，全球矿产资源消耗量将成倍增加。如石油消耗增长2～2.2倍，天然气3～3.2倍，铁1.4～ 1.6倍，铝1.5～2倍， 铜1.5～1.7倍。

陆地资源消耗与日俱增，浩瀚无垠的海洋中潜藏的资源，势必成为人类未来能源的最好选择。

海底宝藏

深海锰结核又称深海多金属结核，主要分布在水深3000～6000米的深海底，锰结核是以海洋里鲨鱼的牙齿、鱼骨、海底火山的喷出物为母体， 凝聚海水里的金属微粒而成的颗粒。

母体凝聚金属微粒的原因有两种：一是母体及金属微粒各带不同性的电能，由于异电相吸而凝聚；二是由于潮汐波浪的推送揉和， 把母体和金属微粒像滚雪球那样越滚越大。

锰结核大小不等，一般直径在5到10厘米之间。锰结核中富含多种金属成分，其中锰占25%，铁占14%，此外还有多种有色金属，而其中蕴含的铜、钴、镍都是陆地上紧缺的矿产资源。

聚集了如此珍贵的稀缺元素的锰结核，几乎遍布所有海洋甚至大湖，仅仅太平洋底的锰结核就可以提炼锰4000亿吨、铜88亿吨、镍1.64亿吨、钴58 亿吨，这还不包括其他的稀有金属。

以当今的世界消费水平计算，如果把海底的锰结核全开采出来，锰可供人类使用3.33 万年，镍可供使用2.53 万年，钴34 万年，铜980万年。尤其值得注意的是，大洋底的锰结核现在仍以每年1000万至1500万吨的速度生长。

除此之外，锰结核对环境、资源利用等方面的影响也是很多科学家考虑的重要因素。浙江大学韩杰教授指出：“随着环境矿物学的迅速发展，锰结核可以作为一种理想的环境矿物材料，用于环境治理。”

使用深海锰结核和海洋中含锰的化合物可以有效地净化汽车尾气，将废气中有毒的一氧化碳和二氧化硫气体转化为无害气体，并且这些使用过的锰结核还能循环利用。其次，重金属对水体污染常常会引发一系列环境问题，锰结核及其固体残渣能帮助净化水体，对解决水体富营养化亦有一定帮助。

除此之外，锰结核在清理石油残油、玻璃制造方面还有一定应用，这些应用能够有效地减少锰结核冶炼过程中对环境的负面影响。

同济大学教授周怀阳是蛟龙号搭载的首位科学家，从事海洋地质工作多年的他，探测归来一再强调：“深海世界奇妙难测，新生物、新资源大有可为。”诚如周教授所说，纵使人类对于深海的探测持续了几十年，但是对深海的研究风险与机遇并存，至今仍面临许多困难。

开采困难

世界海底矿产资源的开发与航空航天技术、原子能、宇宙、激光、计算机等一样，正处于文明社会发展过程中的重要阶段。除了锰结核之外，多金属硫化物、可燃冰也是前景广阔的海底矿床类型。然而，海洋的深度是摆在所有试图在深海能源领域分一杯羹的公司面前的一大难题。

目前，开发深海锰结核面临着技术、经济、政治方面的多重风险，是一项耗资巨大、风险极高的工程，比起同样是深几千米的矿井，在海底挖掘的难度远远高于地表外层。神秘莫测的海底环境，对深海作业的装备要求极高，不仅要承受深层海水的压力和腐蚀，还要抵御海洋的复杂洋流。

不仅如此，海洋不同于地壳构造，无法使用勘测地底石油矿产的电磁波来定位水下的矿床，锰结核的特殊构造也使得应用已久的陆地采矿技术无用武之地。这是因为锰结核是平面分布在稀软的海底沉积物表面，它的复杂程度和选冶难度都高于现存的所有陆地矿产。

除了采矿技术方面的不足，深海采矿的投资是一大棘手问题。矿业投资本身就不同于其他的投资，开发周期长，投资见效慢，不确定性大。深海矿产投资在这些问题上更甚于地矿投资，成本更高，收益风险性更大。

目前，锰结核的开采还存在着许多不确定的因素，随着陆地矿产资源日趋枯竭，世界各国对这些海洋矿产资源的关注与日俱增。1982 年4 月，联合国制定了《联合国海洋法公约》（下称《公约》），《公约》确认了世界各国对海洋资源开发的权利和义务，确定了解决国际争端、防止冲突、促进和平和安全利用海洋矿产资源的法则。

尽管深海矿产资源开发投资大且技术难，这对大多数国家而言是件可望而不可及的事，但由于丰富的资源量和巨大的潜在经济利益，使得各国在矿区边界的界定、开采权竞争以及市场争夺等方面产生的分岐、矛盾和争端都有可能引发一场政治危机。

国家海洋局第一海洋研究所孟宪伟教授告诉《中国经济和信息化》记者，目前陆地资源还能够很充足地满足人类需要，所以对锰结核的研究还停留在试验研究阶段，而在不久的将来，陆地资源枯竭时，各国自然而然会将能源争夺的重点转入海洋。现在各国都已意识到锰结核具有很高的开发价值，而且陆地上很难找到如此高成分的富矿。

商业化

事实上，沉积在海底的锰结核已经等待了一个多世纪。早在19世纪，英国王室乘坐的小型护卫舰，在探险过程中就采集到了铁锰结核、钴锰结壳和海洋磷块岩。

然而，这些蕴藏在深海区域的矿产资源，人类对其真正认识却经历了长达80年的时间。1957年，在塔希提岛东部举办了国际地球物理年活动，在编制提纲过程中，有人提到含锰结核，真相才由此揭开，并立即引起了全球矿业界的高度关注。

美国探险队先是从大西洋开始，之后在东太平洋克拉里昂断裂处发现了第一个铁锰结核矿床，上报美国国务院，并向联合国提出了进一步研究与开发的申请。1970年下半年到1980年间，世界上掀起了研究铁锰结核的热潮，法国、日本、德国、美国、澳大利亚等国几乎每年都派出专门科考船探险，以查明并确定自己采掘的领海范围。

1976年，我国海洋调查船进入太平洋赤道附近的国际海底区域进行科学考察活动，并分别于1978年和1979年，在水深4214～5443米处采集到了多金属结核样品。上世纪80年代初，中国出席第三次联合国海洋法会议代表团声明，中国已经具备了国际海底先驱投资者的资格。

1990年，国家批复同意以“中国大洋矿产资源研究开发协会”名义向联合国申请多金属结核矿区。那一年，我国常驻联合国代表李道豫大使向联合国海底筹委会递交了将中国登记为“先驱投资者”的申请。1991年3月5日，我国的申请获得了批准，我国成为了继法、日、俄、印之后的第五位多金属结核资源“先驱投资者”，并获得了位于东北太平洋的15万平方公里的“多金属结核开辟区”。

2001年5月22日，国际海底管理局秘书长萨地亚·南丹与中国大洋协会秘书长金建才在北京签订《勘探合同》。这个合同的签订，意味着我国对位于太平洋上面积达7.5万平方公里的大洋矿区具有了专属勘探权，并且在多金属结核进入商业开采时具有优先开发权。

锰结核的开采、冶炼，在技术上已不成问题，一旦经济上有利，便可形成新的产业，进入规模生产。

国际金属市场的价格是目前制约海底矿产资源开发利用的首要因素。随着陆地矿产资源日益枯竭，国际金属市场金属价格必将不断上扬，海底锰结核的开采成为现实的可能性日益增加。当世界镍、钴、铜、锰的价格超出深海锰结核开采成本时，即使陆地上资源含量还很丰富，深海锰结核开采也会进入工业开采。

尽管国际海底矿产资源的开发还存在多种不确定因素，但海底矿产资源的商业开发只是时间问题。一是因为越来越多的国家，特别是中国、印度、巴西等进入工业化发展阶段，对金属的需求快速增加；二是因为金属矿产资源不可再生，特别是易处理的富矿越来越少，在市场需求和资源开发技术进步的双重作用下，一些曾经是难处理的低品位矿可以被较好地利用，如低品位铜矿、含镍红土矿等，但开发利用成本也越来越高。

此外，有关开采技术的发展也加快了深海资源开发的进程，专家们普遍认为开采技术问题已不是不能克服的问题。