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個月一個分子層(即每100萬年1至6毫米)的速率增長，是地球上最緩慢的自然過程之一。因此，形成一個厚厚的結(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。

??? 另外一個重要考慮因素是結(jié)殼與其附著生長的基巖在物理性質(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。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，主要是多個島嶼國家專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)的礦床。大約42個研究航次(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，按照一個為期15年的項(xiàng)目，為南太平洋應(yīng)用地球科學(xué)委員會(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)境評估，需部署測流計(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，否則會大大降低礦石質(zhì)量。一個可能的結(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)，并確定被擾動沉積物顆粒和廢物的擴(kuò)散途徑。海山阻擋海流流動，產(chǎn)生各種更強(qiáng)的渦流和上升流，從而增加生物的初級生產(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，人們對結(jié)殼的經(jīng)濟(jì)潛力有了深刻的認(rèn)識。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)貨市場價(jià)格在過去30個月里持續(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)波動較大。在1979年前扎伊爾沙巴省發(fā)生動亂期間，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)不確定的一個原因是，在扎伊爾和贊比亞這兩個主要生產(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，因此市場僅略有增長。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)可能會改變經(jīng)濟(jì)環(huán)境，推動海洋采礦活動。現(xiàn)在人們?nèi)找嬲J(rèn)識到，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)殼開采各個方面的信息空白區(qū)。

管理規(guī)章

??? 國際海底管理局理事會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及有關(guān)專題會上專家的意見。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。管理局理事會將在2006年繼續(xù)審議這一規(guī)章。