形成和分布

??? 富鈷鐵錳結(jié)殼氧化礦床遍布全球海洋，集中在海山、海脊和海臺(tái)的斜坡和頂部。數(shù)百萬年以來，海底洋流掃清了這些洋底的沉積物。這些海山有一些和陸地上的山脈一樣大。太平洋約有50 000座海山，其富鈷結(jié)殼貯存量最豐，但經(jīng)過詳細(xì)勘測(cè)及取樣的海山卻寥寥無幾。大西洋和印度洋的海山要少得多。

??? 結(jié)殼中的礦物很可能是借細(xì)菌活動(dòng)之助，從周圍冰冷的海水中析出沉淀到巖石表面。結(jié)殼形成厚度可達(dá)25厘米，面積寬達(dá)許多平方公里的鋪砌層。據(jù)估計(jì)，大約635萬平方公里的海底(占海底面積1.7％)為富鈷結(jié)殼所覆蓋。據(jù)此推算，鈷總量約為10億噸。

??? 結(jié)殼無法在巖石表面為沉積物覆蓋之處形成。結(jié)殼分布于約400-4，000米水深的海底，多金屬結(jié)核則分布在4，000-5，000米水深的海底。最厚的結(jié)殼鈷含量最為豐富，形成于800-2，500米水深的海山外緣階地及頂部的寬闊鞍狀地帶上。

??? 結(jié)殼一般以每1至3個(gè)月一個(gè)分子層(即每100萬年1至6毫米)的速率增長(zhǎng)，是地球上最緩慢的自然過程之一。因此，形成一個(gè)厚厚的結(jié)殼層可需要多達(dá)6，000萬年時(shí)間。一些結(jié)殼有跡象顯示，結(jié)殼在過去2，000萬年經(jīng)歷兩個(gè)形成期，鐵錳增生過程為一層生成于800萬-900萬年前的中新世的磷鈣土所中斷。這一層在新、老物質(zhì)之間的間隔可以為尋找更老、更豐富的礦床提供線索。最低含氧層的礦床較豐的現(xiàn)象，使調(diào)查人員將鈷的富集部分歸因于海水中的低含氧量。

??? 根據(jù)品位、儲(chǔ)量和海洋學(xué)等條件，最具開采潛力的結(jié)殼礦址位于赤道附近的中太平洋地區(qū)，尤其是約翰斯頓島和美國夏威夷群島、馬紹爾群島、密克羅尼西亞聯(lián)邦周圍的專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)，以及中太平洋國際海底區(qū)域。此外，水深較淺地區(qū)的結(jié)殼的礦物含量比例最高，是開采的一個(gè)重要因素。

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特點(diǎn)和成分

??? 除鈷之外，結(jié)殼還是其他許多金屬和稀土元素的重要潛在來源，如鈦、鈰、鎳、鉑、錳、磷、鉈、碲、鋯、鎢、鉍和鉬。結(jié)殼由水羥錳礦(氧化錳)和水纖鐵礦(氧化鐵)組成。較厚結(jié)殼有一定數(shù)量的碳磷灰石，大部分結(jié)殼含少量石英和長(zhǎng)石。結(jié)殼鈷含量很高，可高達(dá)1.7％；在某些海山的大片面積上，結(jié)殼的鈷平均含量可高達(dá)1％。這些鈷的含量比陸基鈷礦0.1％至0.2％的含量高得多。在鈷之后，結(jié)殼中最有價(jià)值的礦物依次為鈦、鈰、鎳和鋯。

??? 另外一個(gè)重要考慮因素是結(jié)殼與其附著生長(zhǎng)的基巖在物理性質(zhì)方面的反差。結(jié)殼在各類巖石之上生成，因此使用普通的遙感技術(shù)難以區(qū)分結(jié)殼及其基巖。然而，結(jié)殼與基巖的不同之處在于結(jié)殼發(fā)出高得多的伽馬射線。因此在勘查上覆沉積物較薄的結(jié)殼以及測(cè)量海山上的結(jié)殼厚度時(shí)，以伽馬射線進(jìn)行遙感可能是有用的工具。

??? 未來采礦者在尋找可以開采的結(jié)殼時(shí)，很可能注意以下一些特點(diǎn)。包括：水深不超過1，000-1，500米，年齡在2，000萬年以上的大海山，其頂部沒有大環(huán)礁或暗礁，所處位置有持續(xù)的強(qiáng)烈底流，上覆水體較淺并且為成熟的低氧帶，遠(yuǎn)離大量注入海洋的河流和風(fēng)生碎屑物。此外，他們要尋找的海底應(yīng)起伏不大，位于山頂階地、鞍狀地帶或隘口，坡度平緩并且當(dāng)?shù)貨]有火山活動(dòng)。鈷平均含量至少應(yīng)為0.8％，結(jié)殼平均厚度不低于4厘米。

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工業(yè)用途

??? 富鈷結(jié)殼所含金屬(主要是鈷、錳和鎳)用于鋼材可增加硬度、強(qiáng)度和抗蝕性等特殊性能。在工業(yè)化國家，約四分之一至二分之一的鈷消耗量用于航天工業(yè)，生產(chǎn)超合金。這些金屬也在化工和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中用于生產(chǎn)光電電池和太陽電池、超導(dǎo)體、高級(jí)激光系統(tǒng)、催化劑、燃料電池和強(qiáng)力磁以及切削工具等產(chǎn)品。

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迄今為止進(jìn)行的調(diào)查

??? 1981年在中太平洋地區(qū)第一次對(duì)結(jié)殼進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查。早期工作由德國、美國、前蘇聯(lián)(后為俄羅斯聯(lián)邦)、日本、法國、英國、中國和韓國的科研隊(duì)伍進(jìn)行。美國、德國、英國和法國已完成野外調(diào)查。經(jīng)過最詳盡調(diào)查的是赤道太平洋的礦床，主要是多個(gè)島嶼國家專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)的礦床。大約42個(gè)研究航次(1981年至2001年)調(diào)查了太平洋水域的富鈷結(jié)殼及其他深海礦床，野外和研究工作共花費(fèi)7 000萬至1億美元。日本從1985年起，按照一個(gè)為期15年的項(xiàng)目，為南太平洋應(yīng)用地球科學(xué)委員會(huì)(SOPAC)的發(fā)展中島嶼國家進(jìn)行了許多上述的調(diào)研工作。

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將來的勘探和開采

??? 為了確定可能比較高產(chǎn)的地區(qū)的位置，未來的采礦者首先需要繪制結(jié)殼礦床詳圖和小比例尺海山地貌綜合圖，包括地震剖面圖。一旦確定了取樣站，就可以部署拖網(wǎng)、巖芯取樣機(jī)以及聲納攝像機(jī)和視頻攝像機(jī)，以查明結(jié)殼、巖石和沉積物的類別和分布情況。為此需要裝備齊全的大型研究船來操作海底聲波信標(biāo)和拖拽設(shè)備，并處理大量樣品。在較后階段需要載人潛器或遙控作業(yè)系統(tǒng)（ROV）。為進(jìn)行環(huán)境評(píng)估，需部署測(cè)流計(jì)錨定設(shè)備和生物取樣設(shè)備。

??? 開采結(jié)殼的技術(shù)難度大大高于開采多金屬結(jié)核。采集結(jié)核比較容易，因?yàn)榻Y(jié)核形成于松散沉積物基底之上，而結(jié)殼卻或松或緊地附著在基巖上。要成功開采結(jié)殼，就必須在回收結(jié)殼時(shí)避免采集過多基巖，否則會(huì)大大降低礦石質(zhì)量。一個(gè)可能的結(jié)殼回收辦法是采用海底爬行采礦機(jī)，以水力提升管系統(tǒng)和連接電纜上接水面船只。采礦機(jī)上的鉸接刀具將結(jié)殼碎裂，同時(shí)又盡量減少采集基巖數(shù)量。已經(jīng)提出的一些創(chuàng)新系統(tǒng)包括：以水力噴射將結(jié)殼與基巖分離；對(duì)海山上的結(jié)殼進(jìn)行原地化學(xué)瀝濾，以聲波分離結(jié)殼。除日本外，對(duì)結(jié)殼開采技術(shù)的研究和開發(fā)有限。盡管提出了各種想法，但這一技術(shù)的研究和開發(fā)尚在初期階段。

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海山環(huán)境

??? 需要對(duì)海山生物群落的性質(zhì)進(jìn)行更多研究，以便積累可靠的依據(jù)，就結(jié)殼勘探和采礦造成的環(huán)境問題提出建議。除了知道其復(fù)雜和變化大的特點(diǎn)外，目前對(duì)這些群落知之甚少；位于同一深度的兩座海山可能有完全不同的生物組成。海山生物群落的組成和特點(diǎn)由流型、地貌、海底沉積物及巖石類型和覆蓋面積、海山大小、水深及海水含氧量等因素確定。

??? 另外還必須了解海山周圍的海流，以便開發(fā)適當(dāng)?shù)牟傻V設(shè)備和技術(shù)，并確定被擾動(dòng)沉積物顆粒和廢物的擴(kuò)散途徑。海山阻擋海流流動(dòng)，產(chǎn)生各種更強(qiáng)的渦流和上升流，從而增加生物的初級(jí)生產(chǎn)力。這些海流的影響在海山頂部周圍的外緣最為強(qiáng)烈，也正是在這些地方找到最厚的結(jié)殼。

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經(jīng)濟(jì)因素

??? 結(jié)殼除了鈷含量高于深海錳結(jié)核之外，其開采之所以被認(rèn)為有利，是因?yàn)楦哔|(zhì)量的結(jié)殼儲(chǔ)存在島嶼國家專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)，水深較淺，離海岸設(shè)施較近的水域。1970年代后期，特別是在1978年，當(dāng)時(shí)世界上的第一產(chǎn)鈷國扎伊爾(現(xiàn)在的剛果民主共和國)境內(nèi)礦區(qū)爆發(fā)內(nèi)戰(zhàn)，鈷價(jià)飆升，人們對(duì)結(jié)殼的經(jīng)濟(jì)潛力有了深刻的認(rèn)識(shí)。由于剛果民主共和國的生產(chǎn)持續(xù)下降，到2000年，贊比亞、加拿大和俄羅斯聯(lián)邦三國總產(chǎn)量占了全球總產(chǎn)量(29，500噸)的一半以上(見圖)。

??? 鈷和其他許多賤金屬一樣，現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格在過去30個(gè)月里持續(xù)下降，從1999年5月每磅20美元以上跌至每磅10美元以下。在歷史上，鈷價(jià)波動(dòng)較大。在1979年前扎伊爾沙巴省發(fā)生動(dòng)亂期間，鈷價(jià)在數(shù)周之內(nèi)激增三倍。當(dāng)時(shí)扎伊爾約占全球供應(yīng)量的一半。現(xiàn)在，鈷生產(chǎn)在地域上遠(yuǎn)沒有以前集中。但從中、短期來看，需求仍趨于缺乏價(jià)格彈性。只要認(rèn)為可能出現(xiàn)供應(yīng)問題，價(jià)格仍可能迅速倍增。

??? 鈷供應(yīng)不確定的一個(gè)原因是，在扎伊爾和贊比亞這兩個(gè)主要生產(chǎn)國，鈷是銅礦業(yè)的副產(chǎn)品。因此，鈷的供應(yīng)量取決于對(duì)銅的需求。碲的供應(yīng)量也是如此。這種不確定性已促使企業(yè)尋找其他代用品，因此市場(chǎng)僅略有增長(zhǎng)。如果可以為這些金屬開發(fā)出其他重要來源，這將提供較有力的誘因，在產(chǎn)品中重新使用這些金屬，從而增加消耗量。對(duì)鈷以外的一種或多種結(jié)殼富含金屬的需求，最終可能成為開采結(jié)殼的驅(qū)動(dòng)力。

??? 盡管存在上述的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)不確定因素，但至少有三家公司已經(jīng)表示有興趣開采結(jié)殼。一些新情況(例如，土地用途優(yōu)先問題、淡水問題和陸地礦區(qū)的環(huán)境關(guān)切問題)可能會(huì)改變經(jīng)濟(jì)環(huán)境，推動(dòng)海洋采礦活動(dòng)。現(xiàn)在人們?nèi)找嬲J(rèn)識(shí)到，富鈷結(jié)殼是一種重要的潛在資源。因此，必須通過研究、勘探和技術(shù)開發(fā)，填補(bǔ)結(jié)殼開采各個(gè)方面的信息空白區(qū)。

管理規(guī)章

??? 國際海底管理局理事會(huì)目前正在審議國家管轄范圍以外的深海多金屬硫化物和富鈷結(jié)殼的探礦和勘探活動(dòng)的問題。相關(guān)條款考慮了管理局于2000年就該問題舉行的研討會(huì)及有關(guān)專題會(huì)上專家的意見。新規(guī)章和管理局已制訂的關(guān)于多金屬結(jié)核探礦和勘探規(guī)章一樣，將適用于監(jiān)管可能與管理局簽訂合同的公、私實(shí)體對(duì)這些位于國家管轄范圍以外的深海底資源進(jìn)行調(diào)查的活動(dòng)。管理局理事會(huì)將在2006年繼續(xù)審議這一規(guī)章。