潜入深海寻“宝藏”

文/马志飞

     2011年8月18日，我国的“蛟龙号”深潜器成功完成了5000米级海试，胜利返航。

     这是我国海洋科考事业上一次伟大飞跃，因为在本次海试中，“蛟龙号”的最大下潜深度达到了5188米，达到这个深度就意味着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！

     “蛟龙”入水，不仅极大地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，而且加快了我国挺进深海寻找矿产资源的步伐，深邃、富饶而神秘的海洋世界正在慢慢向人们揭开面纱……

海底是个聚宝盆

     海洋，是一片蓝色的土地，它占据了地球总面积的70.8%，约等于陆地面积的2.5倍，平均水深3800米。单就海水而言，这总体接约137亿立方千米的水体就是一个巨大的资源宝库，除了种类繁多的海洋生物之外，还蕴含着多种矿物质，海水中已知的元素有80多种，可供提取利用的超过50种，我们生活和生产中常用的食盐、钾盐、镁及其他很多化合物都取自于海水。

     中国有句古话：“海纳百川，有容乃大”，面对着广阔浩瀚的海洋，我们常常感叹人类的渺小。如果把目光从海洋投向漆黑、神秘的海底，我们就会发现，这里还有一片更为广阔的土地，除了大家熟知的石油、天然气会产自这里，还有更多未知的东西等待我们去探索。随着研究的不断进展，越来越多的国家逐渐将目标放在深海领域（一般指水深大于500米的海域），深海海底沉积物便是当前海洋科学研究的热点之一。

     海底沉积物的来源非常丰富，有来自于陆地上的碎屑矿物，它们经风化侵蚀之后被河流、冰川等携带进入大海并沉积下来，比如一些石英、云母、磁铁矿等；有些是海洋中的生物碎屑和遗体沉积在海底形成的，如硅藻软泥、贝壳碎屑等；有些是海水溶液中的物质经过化学过程沉淀在海底的，如硫化铁、钡镁锰矿等；除此之外，海底还会经常出现火山的剧烈喷发，火山灰中的矿物质如角闪石、绿帘石等便会沉积在海洋底部，甚至“天外来客”陨石偶尔也会坠落到海底并沉积，从而给海洋带来一些特殊的矿物。实际上，海洋是一个复杂的循环系统，一些东西在逐渐的消失，另外则有一些东西慢慢产生，就像是农田一样，只要能够合理有序的开发和利用，这里蕴藏的财富便会源源不断地供应给我们人类。

     但是，如何才能亲眼目的海底世界的风采呢？首先，可以乘坐载人深潜器下到海底，拍照、摄像甚至还可以获取岩石样品，我国的“蛟龙号” 潜水器今年海试就从深海洋底带回了珍贵的岩石样品。历史上下潜深度最深的当属美国的 “曲斯特II”号潜水器，1960年，该潜水器载人成功下潜到到太平洋马里亚纳海沟深度10916米的地方(海沟最深点为11034米)，一举夺得了下潜深度的冠军。其次，便是深海钻探，像陆地上一样，通过钻井取出岩心，进行化验分析，最宏伟的计划就是1985年美、英、法、德、日、加、澳、韩、中等数十个国家合力开展的“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。

海底锰结核

     十九世纪七十年代，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、铜、钴等几十种元素，别看它“其貌不扬”，又黑又沉，可它们体内竟然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。

     不过，截止到目前，我们还未能完全了解锰结核究竟是如何形成的，大多数人认为是海洋溶液中的金属成分缓慢从海水中析出、沉淀，以贝壳、鱼齿、珊瑚碎片等为核心形成了这种结核体。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。

海底热液沉积物

     地质学家在研究海洋时，曾发现了一个奇怪的现象：在美国西海岸外太平洋洋隆的海底裂谷深2500米的地方，居然存在着“海底泉”与众不同的是，这些泉水呈黑色，而且间歇性喷发，在这些泉的喷出后，有许多沉积物形成的几米至十几米高的中空柱子，就像是陆地上的“烟囱”一样。喷出物是一种热气，遇海水便冷凝成液体，地质学家形象地称这种泉为“海底烟囱”，在这附近，海水的温度常常达到300℃以上，压力也很大。

     2005年10月，我国的“大洋一号”远洋科考船在大西洋首选调查区的第一个作业点，获得了200多公斤海底热液沉积物样品，通过化验发现，这种沉积物种富含铜、铅、锌、金、银等多金属元素，是一种极具开发远景的潜在资源。   

     我们感到奇怪的是，这种“海底烟囱”为何会不断形成呢？原来，海洋底部并非一马平川，而是沟壑纵横，由于活跃的海底扩张带受到构造运动的影响还常常会产生了断裂和裂缝，有些裂缝深达数千米。我们知道，地下岩浆易于从最薄弱的地方喷发出来，大量的海水从裂隙渗入至地壳内部，一旦遭遇到炽热的熔岩，便会瞬间加热成热气，向上喷出，当热液其从海底喷发或溢出时，随物理化学环境的变化可相应析出黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等不同类型的矿物组合，遇到上部的冰冷海水逐渐凝固沉淀，时间久了就在海底泉附近形成了一个个“烟囱”。如此这般的海底火山喷发时常发生，那富含多种金属的热液沉积物也就会不断产生，有研究表明，它的生成速度比锰结核的生成速度还要快100 多倍！

     更让人觉得不可思议的是，在我国的“大洋一号”远洋科考船在三千米深的“海底烟囱”附近抓取海底沉积物样品室，居然发现这里是“群虾乱舞”，按照我们常人的理解，这里是热水，而且没有杨光的照射，“海底烟囱”喷出的液体造成这周边是一片剧毒的硫化物环境，没想到就在这样的恶劣环境中居然还生长着这么多奇特的生物群体，真可谓是生命的奇迹！

海底稀土

     前不久，据英国《自然·地学》杂志网络版报道，东京大学加藤泰浩副教授的研究小组分析了东大海洋研究所等机构在太平洋采集的海底地层样本，结果显示，这些深海淤泥中含有大量稀土资源，这些稀土分布在包括夏威夷岛在内的太平洋中部约880万平方公里海域以及太平洋东南部法属塔希提岛附近约240万平方公里海域,在水深3500至6000米的海底淤泥中，这里大部分属于公海范围，稀土估算储量约为1000亿吨！这是世界上首次确认海底存在有开采价值的稀土资源。

     稀土有着“工业维生素”、“21世纪黄金”、“未来元素”等美誉，因为它有着与众不同的光、电、磁、超导、催化、活性等优异性能，就像是人体内的维生素一样，虽然用量不大，但是如果在其他材料中加入适量的这些元素，便可以组合成多种多样性能各异的新型材料。稀土并不是土，也不仅指一种元素，而是一类典型的金属元素的统称。稀土之所以“稀”，是因为这些元素在地壳中含量较少又相对分散，而且它们的化学性质几乎一致，就像是十几个孪生兄弟一样，提取相当困难；之所以被称为“土”，是因为它们的氧化物多呈土状，无金属光泽，不溶于水。稀土就是元素周期表中的15种镧系元素以及化学性质与镧系元素相近的两个元素钪、钇的统称，共计17种。

     然而，稀土资源十分稀少，当前陆地稀土储量仅为1.1亿吨，而且在世界上的分布极其不均匀。我国是世界上稀土资源储量最大、品种最齐全、生产规模最大、消费量和出口量最多的国家，是名符其实的“稀土大国”。 数据显示，我国现在占据了全球95%以上的市场份额，也就是说全球95%的稀土都是由中国生产。美国、加拿大、澳大利亚、韩国、日本等国家深知稀土资源的战略意义，不开采本国稀土，而是从国外大量进口然后作为自己的战略储备。

     日本是一个资源十分贫乏的国家，此次发现海底蕴藏着如此多的稀土资源，当然不会停滞不前，尽管开采海底稀土将会耗费巨大的财力，甚至英国媒体就此对日本评论说：这是日本急于寻找稀土的替代来源而饥不择食，从目前看来只是白日做梦，但日本已经着手开发深海采矿系统，利用深海采矿机器人等技术手段实施深海资源的开采。

     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。（原文载于《科学24小时》2012年01期）