Полиметаллические конкреции , также называемые марганцевыми конкрециями , представляют собой минеральные конкреции на морском дне, образованные концентрическими слоями гидроксидов железа и марганца вокруг ядра. Поскольку конкреции встречаются в огромных количествах и содержат ценные металлы, месторождения были определены как потенциальный экономический интерес. [1]
Узелки различаются по размеру от крошечных частиц, видимых только под микроскопом, до крупных гранул более 20 сантиметров (8 дюймов) в поперечнике. Однако большинство клубеньков имеют диаметр от 3 до 10 см (от 1 до 4 дюймов), что примерно соответствует размеру куриного яйца или картофеля . Текстура их поверхности варьируется от гладкой до шероховатой. Они часто имеют ботриоидную (гофрированную или узловатую) текстуру и варьируются от сферической формы до типично сплюснутой (летающая тарелка), иногда вытянутой (мяч для регби) или иной неправильной формы. Нижняя поверхность, погребенная в осадке, обычно более грубая, чем верхняя из-за другого типа роста . [2]
Узелки лежат на морском дне осадка, часто частично или полностью похоронен. Они сильно различаются по численности, в некоторых случаях соприкасаясь друг с другом и покрывая более 70% поверхности морского дна. Общий объем полиметаллических конкреций на морском дне был оценен в 500 млрд тонн Алан А. Арчер лондонского Геологического музея в 1981 г. [ править ]
Полиметаллические конкреции встречаются как на мелководье (например, Балтийское море [3] ), так и в более глубоких водах (например, в центральной части Тихого океана ), даже в озерах, [ цитата необходима ] [4], и считается, что они были характерной чертой морей и океанов. по крайней мере, с тех пор, как глубокие океаны окислились в эдиакарский период более 540 миллионов лет назад. [5]
Полиметаллические конкреции были обнаружены в 1868 году в Карском море , в Северном Ледовитом океане в Сибири . Во время научных экспедиций HMS Challenger (1872–1876) они были обнаружены в большинстве океанов мира. [6]
Их состав варьируется в зависимости от местоположения, и значительные отложения были обнаружены в следующих областях:
Крупнейшие из этих отложений с точки зрения численности конкреций и концентрации металлов находятся в зоне Кларион Клиппертон на обширных абиссальных равнинах в глубоком океане на высоте от 4000 до 6000 м (от 13000 до 20 000 футов). По оценкам Международного органа по морскому дну , общее количество конкреций в зоне Clarion Clipperton превышает 21 миллиард тонн (Bt), содержащих около 5,95 Bt марганца , 0,27 Bt никеля , 0,23 Bt меди и 0,05 Bt кобальта . [2]
Все эти месторождения находятся в международных водах , кроме от Пернрин бассейна, который лежит в пределах исключительной экономической зоны из островов Кука .
На морском дне количество конкреций варьируется и, вероятно, определяется толщиной и стабильностью геохимически активного слоя, который формируется на морском дне. [11] Тип пелагических отложений и батиметрия (или геоморфология ) морского дна, вероятно, влияют на характеристики геохимически активного слоя.
Рост конкреций - одно из самых медленных из всех известных геологических явлений, порядка сантиметра за несколько миллионов лет. [12] Предполагается, что в формировании конкреций участвуют несколько процессов, в том числе осаждение металлов из морской воды , ремобилизация марганца в водной толще (диагенетический), получение металлов из горячих источников, связанных с вулканической активностью ( гидротермальная ). , разложение базальтового мусора с помощью морской воды ( halmyrolitic ) и осаждение из гидроксидов металловза счет деятельности микроорганизмов (биогенный). [13] сорбции из двухвалентных катионов , таких как Mn 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Ni 2+ и Cu 2+ на поверхности Mn- и Fe-гидроксидов , как известно, являются сильными сорбентами , также играет основную роль в накоплении этих переходных металлов в марганцевых конкрециях. Эти процессы ( осаждение , сорбция, поверхностное комплексообразование, поверхностное осаждение, включение путем образования твердых растворов ...) могут действовать одновременно или они могут следовать друг за другом во время образования конкреции.
Марганцевые конкреции в основном состоят из гидратированных филломанганатов. Это слоистые минералы на основе оксида марганца с прослоями, содержащими в различных количествах молекулы воды. Они сильно взаимодействуют с металлическими следами ( Co 2+ , Ni 2+ ) из-за октаэдрических вакансий, присутствующих в их слоях. Особые свойства филломанганатов объясняют роль, которую они играют во многих процессах геохимической концентрации. Они включают следы переходных металлов, главным образом, посредством катионного обмена [14] в их прослойках, таких как глинистые минералы, и поверхностного комплексообразования [15] за счет образования внутренних сферических комплексов.на поверхности оксида, как и в случае с водными оксидами железа , HFO. [16] Незначительные изменения в их кристаллографической структуре и минералогическом составе могут привести к значительным изменениям их химической активности. [17]
Минеральный состав марганцевых минералов зависит от того, как формируются конкреции; осадочные узелки, которые имеют более низкую Mn 2+ содержание , чем диагенетический , преобладают Fe-вернадит, Mn- feroxyhyte и asbolane - buserite в то время как диагенетические узелки преобладают buserite I, бернессит , тодорокита и asbolane-buserite. [14] Типы роста, называемые диагенетическим и гидрогенетическим, отражают субкислородный и кислородный рост, который, в свою очередь, может относиться к периодам межледниковья и ледникового покрова.климат. Было подсчитано, что субкислородно-диагенетические слои типа 2 составляют около 50-60% химического инвентаря конкреций из зоны Кларион Клиппертон (CCZ), тогда как кислородно-гидрогенетические слои типа 1 составляют около 35-40%. Оставшаяся часть (5–10%) конкреций состоит из включенных частиц осадка, расположенных вдоль трещин и пор . [18]
Химический состав конкреций зависит от типа минералов марганца, а также от размера и характеристик их ядра. Наибольший экономический интерес представляют марганец (27–30 мас.%), Никель (1,25–1,5 мас.%), Медь (1–1,4 мас.%) И кобальт (0,2–0,25 мас.%). Другие компоненты включают железо (6 мас.%), Кремний (5 мас.%) И алюминий (3 мас.%) С меньшими количествами кальция , натрия , магния , калия , титана и бария , а также водород.и кислород, а также кристаллизационная вода и свободная вода.
В конкрециях содержится широкий спектр микроэлементов и микроэлементов, многие из которых включены в донные отложения, которые, в свою очередь, включают частицы, переносимые в виде пыли со всей планеты, прежде чем осесть на морское дно . [2]
Интерес к потенциальной эксплуатации полиметаллических конкреций вызвал большую активность среди перспективных горнодобывающих консорциумов в 1960-х и 1970-х годах. Почти полмиллиарда долларов было инвестировано в выявление потенциальных месторождений, а также в исследования и разработку технологий добычи и обработки конкреций. Эти первоначальные обязательства были выполнены в основном четырьмя многонациональными консорциумами, состоящими из компаний из США, Канады, Великобритании, Западной Германии, Бельгии, Нидерландов, Италии, Японии и двух групп частных компаний и агентств из Франции и Японии. Были также три финансируемых государством предприятия из Советского Союза, Индии и Китая.
В конце 1970-х годов два международных совместных предприятия собрали несколько сотен тонн марганцевых конкреций на абиссальных равнинах (18 000 футов (5,5 км) + глубина) восточной экваториальной части Тихого океана . [11] Значительные количества никеля (основная цель), а также меди и кобальта были впоследствии извлечены из этой « руды » с использованием как пирометаллургических, так и гидрометаллургических методов. В ходе этих проектов был разработан ряд дополнительных разработок, в том числе использование придонного буксируемого гидролокатора бокового обзора.массив для анализа плотности популяции конкреций на глубинном иле с одновременным выполнением профиля под дном с полученным вертикально ориентированным низкочастотным акустическим лучом. [ необходима цитата ]
Технологии и опыт, накопленные в ходе этого проекта, никогда не были коммерциализированы, потому что в последние два десятилетия 20-го века производство никеля было избыточным . Дополнительным фактором были предполагаемые инвестиции в 3,5 миллиарда долларов (1978 долларов США) для коммерциализации. Sumitomo Metal Mining продолжает поддерживать небольшую (временную) организацию в этой области. [ необходима цитата ]
Компания Kennecott Copper изучила потенциальную прибыль от добычи марганцевых конкреций и обнаружила, что это не стоит затрат. Помимо экологических проблем и того факта, что прибыль должна быть разделена, не существовало дешевого способа убрать марганцевые конкреции со дна моря. [ необходима цитата ]
С конца 1970-х годов глубоководные технологии значительно улучшились: включая широкое и недорогое использование навигационных технологий, таких как глобальная система позиционирования (GPS) и сверхкороткая базовая линия (USBL); геодезические технологии, такие как многолучевой эхолот (MBES) и автономные подводные аппараты (AUV); и технологии вмешательства, включая дистанционно управляемый подводный аппарат (ROV) и кабели шлангокабеля большой мощности . Также существует усовершенствованная технология, которая может использоваться в горнодобывающей промышленности, включая насосы , гусеничные и винтовые вездеходы, жесткие и гибкие буровые райзеры и сверхвысокомолекулярный полиэтилен.веревка. Считается , что добыча полезных ископаемых аналогична сбору урожая картофеля на суше, который включает разработку поля, разделенного на длинные узкие полосы. Судно обеспечения горных работ следует по маршруту горных инструментов на морском дне, собирая конкреции размером с картофель с морского дна. [19] [20] [21]
К моменту создания Международного органа по морскому дну в 1994 году интерес к добыче конкреций угас. В значительной степени ответственны за это три фактора: [ необходима цитата ]
В то время считалось, что коммерческая добыча полиметаллических конкреций вряд ли произойдет в течение следующих двух десятилетий. [ необходима цитата ]
В последнее время для удовлетворения возросшего спроса предложение никеля и других металлов пришлось переориентировать на месторождения с более высокой стоимостью, и коммерческий интерес к конкрециям возродился. Международный орган по морскому дну предоставил новые контракты на разведку и продолжает разработку Горного кодекса для Района, причем наибольший интерес представляет зона Кларион Клиппертон . [22]
С 2011 года ряд коммерческих компаний получили контракты на разведку. К ним относятся дочерние компании более крупных компаний, таких как Lockheed Martin , DEME (Global Sea Mineral Resources, GSR), Keppel Corporation и China Minmetals , а также более мелкие компании, такие как Nauru Ocean Resources и Tonga Offshore Mining. [11]
Возобновление интереса к добыче конкреций привело к усилению озабоченности и внимательности к возможному воздействию на окружающую среду .
После Второй мировой войны ООН начала длительный процесс разработки международных договоров , которые перемещались от затем задержанном концепции свободы морей .
К 1972 году перспектива разработки конкреций стала одним из основных факторов, побудивших развивающиеся страны предложить рассматривать глубоководные участки морского дна за пределами действия национальной юрисдикции как « общее наследие человечества », а доходы распределять между теми, кто Разработал этот ресурс и остальное международное сообщество. Эта инициатива в конечном итоге привела к принятию (1982 г.) Конвенции Организации Объединенных Наций по морскому праву (ЮНКЛОС), а после переговоров по Части XI к 1994 г. - к учреждению Международного органа по морскому дну., отвечающий за контроль всей глубоководной добычи полезных ископаемых в международных районах. Первым законодательным достижением этой межправительственной организации стало принятие (2000 г.) правил поиска и разведки полиметаллических конкреций со специальными положениями о защите морской среды от любых неблагоприятных воздействий. После этого Управление (2001–2002 годы) подписало 15-летние контракты с семью частными и государственными организациями, предоставив им исключительные права на разведку конкреций на определенных участках морского дна, каждый размером 75 000 квадратных километров. Соединенные Штаты, чьи компании были одними из ключевых игроков в ранний период разведки, остаются вне этого договора как неучастники Конвенции Организации Объединенных Наций по морскому праву . [ необходима цитата]
Согласно UNCLOS, Управление выполняет четыре основные функции. По сути это:
В настоящее время Международный орган по морскому дну определяет и обсуждает аспекты своего Горного кодекса, который охватывает полиметаллические сульфиды ( залежи массивных сульфидов на морском дне ) и кобальтоносные корки, а также полиметаллические конкреции. Кодекс горнодобывающей промышленности включает правила разведки и разработки, план управления окружающей средой для зоны Clarion Clipperton и рекомендации для подрядчиков в отношении отчетности, оценки воздействия на окружающую среду, отчетности о расходах и обучения ученых и инженеров из развивающихся стран. [23]
Помимо Конвенции о биологическом разнообразии , 19 июня 2015 года Генеральная Ассамблея ООН приняла резолюцию A / RES / 69/292 «Разработка международного юридически обязательного документа в соответствии с Конвенцией Организации Объединенных Наций по морскому праву». сохранение и устойчивое использование морского биологического разнообразия за пределами действия национальной юрисдикции ". [24]В этой резолюции содержится призыв к созданию подготовительного комитета для изучения того, как этот инструмент может выглядеть и что он конкретно будет касаться в дополнение к существующим экологическим частям ЮНКЛОС. Он будет учитывать различные отчеты сопредседателей о работе соответствующей Специальной неофициальной рабочей группы открытого состава. В должное время межправительственная конференция рассмотрит и обсудит рекомендации подготовительного комитета.
Любая будущая добыча конкреций в Районе должна быть санкционирована Международным органом по морскому дну, и потребуется заблаговременно количественно оценить воздействие с помощью заявления о воздействии на окружающую среду и соответствующего плана управления окружающей средой. Эти оценки, планы мониторинга и меры контроля, вероятно, будут работать в масштабе предлагаемых операций.
У Международного органа по морскому дну уже есть план управления окружающей средой, который охватывает всю зону Clarion Clipperton и включает контрольные районы, недоступные для добычи (так называемые районы особого экологического интереса). [25]
Экологические оценки должны иметь объективную научную основу и учитывать:
Предыдущие экологические исследования, такие как Экологическое исследование Deep Ocean Mining (DOMES) и результирующие эксперименты по воздействию на бентос (BIE), частично пришли к выводу, что пробная добыча в разумных масштабах, вероятно, поможет наилучшим образом ограничить реальное воздействие от любой коммерческой добычи. [26]
Исследования показывают, что поля полиметаллических конкреций являются горячими точками изобилия и разнообразия для очень уязвимой абиссальной фауны. [27] Добыча конкреций может затронуть десятки тысяч квадратных километров этих глубоководных экосистем . Повторный рост конкреций занимает от десятилетий до миллионов лет, и это сделало бы такую добычу неустойчивой и невозобновляемой практикой. Любые прогнозы о последствиях добычи крайне неопределенны. Таким образом, добыча конкреций может вызвать изменение среды обитания, прямую гибель бентосных существ или взвесь отложений, которые могут заглушить фильтраторы . [28]В будущих исследованиях воздействия на окружающую среду следует рассмотреть вопрос о воздействии на разрушение и высвобождение месторождений клатрата метана в глубоких океанах. [ необходима цитата ]
Викискладе есть медиафайлы по теме марганцевых конкреций . |