Марганцевые узелки - Manganese nodule

Полиметаллические конкреции, также называемый марганцевые узелки, рок конкреции на море дно образовано концентрическими слоями утюг и марганец гидроксиды вокруг ядра. Поскольку конкреции встречаются в огромных количествах и содержат ценные металлы, было установлено, что месторождения представляют экономический интерес.[1]

Марганцевые узелки
Конкреции на морском дне

Узелки различаются по размеру от крошечных частиц, видимых только под микроскоп до крупных гранул более 20 сантиметров (8 дюймов) в диаметре. Однако большинство узелков имеют диаметр от 3 до 10 см (от 1 до 4 дюймов), что примерно соответствует размеру куриного яйца или же картофель. Текстура их поверхности варьируется от гладкой до шероховатой. У них часто есть ботриоидный (изогнутой или узловатой) текстуры и варьируются от сферический по форме обычно сплюснутый (летающая тарелка), иногда вытянутый (Американский футбол) или иным образом нерегулярны. Нижняя поверхность, погруженная в осадок, обычно более шероховатая, чем верхняя из-за другого типа роста.[2]

Вхождение

Узелки лежат на морское дно осадок, часто частично или полностью захороненный. Они сильно различаются по количеству, в некоторых случаях соприкасаясь друг с другом и покрывая более 70% морского дна. Общее количество полиметаллических конкреций на морском дне оценивается Аланом А. Арчером из Лондона в 500 миллиардов тонн. Геологический музей в 1981 г.[нужна цитата ]

Полиметаллические конкреции встречаются как в неглубоких (например, Балтийское море[3]) и более глубокие воды (например, центральная часть Тихого океана), даже в озерах,[нужна цитата ][4] и считаются 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 г. в г. Карское море, в Арктический океан из Сибирь. Во время научных экспедиций HMS Претендент (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:

Самые крупные из этих месторождений с точки зрения численности конкреций и концентрации металлов находятся в зоне Кларион Клиппертон на обширной территории. абиссальные равнины в глубоком океане на высоте от 4000 до 6000 м (от 13000 до 20 000 футов). В Международный орган по морскому дну оценивает, что общее количество конкреций в Зона Кларион Клиппертон превышает 21 миллиард тонн (Bt), содержащих около 5,95 Bt марганец, 0,27 Бт никель, 0,23 Бт медь и 0,05 Bt кобальт.[2]

Все эти месторождения находятся в международных водах, за исключением бассейна Пенрин, который находится в исключительная экономическая зона Островов Кука.

Рост и состав

На морском дне количество конкреций варьируется и, вероятно, контролируется толщиной и стабильностью геохимически активного слоя, который формируется на морском дне.[11] Пелагический осадок тип и морское дно батиметрия (или же геоморфология ) вероятно влияют на характеристики геохимически активного слоя.

Рост узелков - один из самых медленных из всех известных. геологический явления порядка сантиметра за несколько миллионов лет.[12] Предполагается, что в формировании конкреций участвуют несколько процессов, включая осадки металлов из морской воды (гидрогенизированный), ремобилизация марганца в толще воды (диагенетическая), происхождение металлов из горячие источники связана с вулканическая активность (гидротермальный ), разложение базальтовых обломков морской водой (гальмиролитический ) и осаждение гидроксидов металлов за счет активности микроорганизмы (биогенный[13]). Некоторые из этих процессов могут действовать одновременно или они могут следовать друг за другом во время образования узелка.

Полиметаллические конкреции

Минеральный состав марганцевых минералов зависит от того, как формируются конкреции; осадочные конкреции с более низким содержанием Mn2+ по содержанию, чем диагенетический, преобладают Fe-вернадит, Mn-фероксигит, и асболан -бузерит в диагенетических конкрециях преобладает бузерит I, бирнессит, тодорокит, и асболан-бузерит.[14] Типы роста, называемые диагенетическими и гидрогенетическими, отражают субкислородный и кислородный рост, который, в свою очередь, может относиться к периодам межледникового и ледникового климата. Было подсчитано, что субкисло-диагенетические слои типа 2 составляют около 50–60% химического состава конкреций CCZ, тогда как кислородно-гидрогенетические слои типа 1 составляют около 35–40%. Остальная часть (5–10%) конкреции состоят из включенных частиц осадка, расположенных вдоль трещин и пор.[15]

Химический состав конкреций зависит от типа минералов марганца, а также от размера и характеристик ядра. Те, которые представляют наибольший экономический интерес, содержат марганец (27–30%), никель (1.25–1.5 %), медь (1–1,4%) и кобальт (0,2–0,25%). Другие составляющие включают утюг (6%), кремний (5%) и алюминий (3%), с меньшим количеством кальций, натрий, магний, калий, титан и барий, вместе с водород и кислород а также кристаллизационная вода и бесплатная 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]

Предлагаемый майнинг

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 семидесятых двум международным совместным предприятиям удалось собрать несколько сотен тонн марганец конкреции из абиссальных равнин (18 000 футов (5,5 км) + глубина) восточной экваториальной части Тихого океана.[11] Значительное количество никель (основная цель), а также медь и кобальт были впоследствии извлечены из этой «руды» с использованием как пирометаллургический и гидрометаллургический методы. В ходе этих проектов был разработан ряд дополнительных разработок, в том числе использование придонных буксируемых гидролокатор бокового обзора массив для определения плотности популяции конкреций на глубинной ил одновременно выполняя профилирование под днищем с полученным вертикально ориентированным низкочастотным акустическим лучом.[нужна цитата ]

Технологии и опыт, разработанные в ходе этого проекта, никогда не были коммерциализированы, потому что за последние два десятилетия 20-го века наблюдалось превышение никель производство. Дополнительным фактором были предполагаемые инвестиции в 3,5 миллиарда долларов (1978 долларов США) для коммерциализации. Sumitomo Metal Mining продолжает поддерживать небольшую организацию в этой области.[нужна цитата ]

Kennecott Copper изучили потенциальную прибыль от добычи марганцевых конкреций и пришли к выводу, 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.[нужна цитата ]

С конца 1970-х годов глубоководные технологии значительно улучшились: в том числе широко распространенное и недорогое использование навигационных технологий, таких как спутниковая система навигации (GPS) и ультракороткая базовая линия (USBL); технологии исследования, такие как многолучевой эхолот (MBES) и автономные подводные аппараты (АНПА); и технологии вмешательства, включая дистанционно управляемый подводный аппарат (ROV) и высокой мощности шлангокабели. Также существуют улучшенные технологии, которые можно использовать в горнодобывающей промышленности, в том числе насосы марсоходы гусеничные и винтовые, жесткие и гибкие буровые райзеры, и полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы веревка. Считается, что добыча полезных ископаемых аналогична сбору урожая картофеля на суше, при которой добывается поле, разделенное на длинные узкие полосы. Судно обеспечения горных работ следует по маршруту добычи инструментов на морском дне, собирая с морского дна конкреции размером с картофель.[16][17][18]

Ко времени создания Международного органа по морскому дну в 1994 году интерес к добыче конкреций угас. В значительной степени виноваты три фактора:[нужна цитата ]

  • Сложность и стоимость разработки и эксплуатации горнодобывающей технологии, которая могла бы экономично удалить конкреции с глубины пяти или шести километров и доставить их к поверхности океана.
  • Высокие налоги, взимаемые международным сообществом за добычу полезных ископаемых, и
  • Постоянная доступность основных полезных ископаемых из наземных источников по рыночным ценам.

В то время считалось, что коммерческая добыча полиметаллических конкреций вряд ли произойдет в течение следующих двух десятилетий.[нужна 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, при этом наибольший интерес представляет зона Кларион Клиппертон.[19]

С 2011 года ряд коммерческих компаний получили контракты на разведку. К ним относятся дочерние компании более крупных компаний, таких как Локхид Мартин, DEME, Keppel Corporation и Китай Minmetals и небольшие 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.

Правовые изменения в «Районе»

После Второй мировой войны Организация Объединенных Наций начала длительный процесс разработки международных договоров, который отошел от существовавшей тогда концепции свобода 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 ", при этом доходы должны быть разделены между разработчиками этого ресурса и остальным международным сообществом. Эта инициатива в конечном итоге привела к принятию (1982 г.) Конвенция Организации Объединенных Наций по морскому праву (UNCLOS) и после переговоров по Части XI к 1994 г., создание Международный орган 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 Конвенция Организации Объединенных Наций по морскому праву.[нужна цитата ]

Согласно UNCLOS, Управление выполняет четыре основные функции. По сути это:

  • Управление минеральными ресурсами морского дна в Районе;
  • Для принятия правил, положений и процедур, касающихся этих ресурсов;
  • Содействовать и поощрять морские научные исследования и разработки в Районе;
  • Защита и сохранение природных ресурсов Района и предотвращение значительного ущерба окружающей среде.

В настоящее время Международный орган по морскому дну определяет и обсуждает аспекты своего Горного кодекса, который охватывает полиметаллические сульфиды (массивные сульфидные отложения на морском дне ) и кобальтоносные корки, а также полиметаллические конкреции. В Горный кодекс входят правила разведки и разработки, план управления окружающей средой для зоны Кларион Клиппертон и рекомендации для подрядчиков в отношении отчетности, оценки воздействия на окружающую среду, отчетности о расходах и обучения ученых и инженеров из развивающихся стран.[20]

В добавок к Конвенция 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 о сохранении и устойчивом использовании морских биологических разнообразие территорий за пределами действия национальной юрисдикции ".[21] 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. При этом будут приняты во внимание различные отчеты сопредседателей о работе соответствующей Специальной неофициальной рабочей группы открытого состава. В должное время межправительственная конференция рассмотрит и обсудит рекомендации подготовительного комитета.

Экологические проблемы и чувствительность

Любая будущая добыча конкреций в Районе должна быть санкционирована Международный орган по морскому дну и потребуется заранее количественно оценить воздействие с помощью заявление о воздействии на окружающую среду и соответствующий план 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).[22]

Экологические оценки должны иметь объективную научную основу и учитывать:

  • удаленный характер конкреций затрудняет сбор подробных данных;
  • большое разнообразие по масштабу (например, сообщества конкреций субдециметрового диапазона, простирающиеся на тысячи километров) с точки зрения функции экосистемы и биоразнообразия;
  • серьезность и масштаб местных воздействий (таких как удаление среды обитания, повторное осаждение).

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 реальные воздействия от любой коммерческой добычи.[23]

Исследования показывают, что поля полиметаллических конкреций являются горячими точками изобилия и разнообразия для очень уязвимой абиссальной фауны.[24] Добыча конкреций могут затронуть десятки тысяч квадратных километров этих глубоководные экосистемы. Повторный рост конкреций занимает от десятилетий до миллионов лет, и это сделало бы такую ​​добычу неустойчивой и невозобновляемой практикой. Любые прогнозы о последствиях майнинга крайне неопределенны. Таким образом, добыча конкреций может вызвать изменение среды обитания, прямую смертность бентосный существа, или взвесь отложений, которые могут задушить питатели-фильтры.[25] В будущих исследованиях воздействия на окружающую среду следует рассмотреть влияние на разрушение и выброс клатрат метана отложения в глубоких океанах.[нужна цитата ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Меро, Джон (1965). Минеральные ресурсы моря. Серия Elsevier Oceanography.
  2. ^ а б c d Международный орган по морскому дну (2010 г.). Геологическая модель залежей полиметаллических конкреций в зоне разломов Кларион-Клиппертон и Руководство геолога по залежам полиметаллических конкреций в зоне разломов Кларион-Клиппертон. Техническое исследование: № 6. ISBN  978-976-95268-2-2.
  3. ^ Hlawatsch, S .; Neumann, T .; van den Berg, C.M.G .; Керстен, М .; Hari, J .; Зюсс, Э. (2002). «Быстрорастущие мелководные железо-марганцевые конкреции в западной части Балтийского моря: происхождение и способы включения микроэлементов». Морская геология. 182 (3–4): 373–387. Bibcode:2002MGeol.182..373H. Дои:10.1016 / с0025-3227 (01) 00244-4.
  4. ^ Callender, E .; Баузер, К. (1976). «Пресноводные месторождения ферромарганца». Месторождения Au, U, Fe, Mn, Hg, Sb, W и P. 7. Научное издательское сообщество Elsevier. С. 341–394. ISBN  9780444599438.
  5. ^ Fike, D.A .; Grotzinger, J.P .; Pratt, L.M .; Вызывает, Р. (2006). «Окисление эдиакарского океана». Природа. 444 (7120): 744–747. Bibcode:2006Натура.444..744F. Дои:10.1038 / природа05345. PMID  17151665. S2CID  4337003.
  6. ^ Мюррей, Дж .; Ренар, А.Ф. (1891). Отчет по глубоководным месторождениям; Научные результаты Challenger Expedition.
  7. ^ Хайн, Джеймс; Спинарди, Франческа; Окамото, Нобуюки; Мизелл, Кира; Торберн, Дэррил; Таваке, Акуила (2015). «Критические металлы в марганцевых конкрециях из ИЭЗ Островов Кука, их численность и распределение». Обзоры рудной геологии. 68: 97–116. Дои:10.1016 / j.oregeorev.2014.12.011.
  8. ^ Фон Штакельберг, У (1997). «История роста марганцевых конкреций и корок бассейна Перу». Геологическое общество, Лондон, Специальные публикации. 119 (1): 153–176. Bibcode:1997ГСЛСП.119..153В. Дои:10.1144 / GSL.SP.1997.119.01.11.
  9. ^ Mukhopadhyay, R .; Ghosh, A.K .; Айер, С. (2007). Геология и ресурсный потенциал конкреционного поля Индийского океана: Справочник по разведке и геохимии окружающей среды 10. Elsevier Science.
  10. ^ Гарсия, Марсело; Корреа, Хорхе; Максаев Виктор; Таунли, Брайан (2020). «Потенциальные минеральные ресурсы чилийского шельфа: обзор». Андская геология. 47 (1): 1–13. Дои:10.5027 / andgeoV47n1-3260.
  11. ^ а б c Липтон, Ян; Ниммо, Мэтью; Парианос, Джон (2016). NI 43-101 Технический отчет TOML Проект зоны Clarion Clipperton, Тихий океан. Консультанты AMC.
  12. ^ Кобаяси, Такаюки (октябрь 2000 г.). «Профили концентрации 10Be в крупных марганцевых корках». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях Секция B. 172 (1–4): 579–582. Bibcode:2000НИМПБ.172..579К. Дои:10.1016 / S0168-583X (00) 00206-8.
  13. ^ Блете, Марко; Венгожевский, Анна; Мюллер, Корнелия; Саймон, Фрэнк; Кун, Томас; Шипперс, Аксель (2015). «Сообщества микроорганизмов, циклирующих марганец, внутри глубоководных марганцевых конкреций». Environ. Sci. Technol. 49 (13): 7692–7700. Bibcode:2015EnST ... 49.7692B. Дои:10.1021 / es504930v. PMID  26020127.
  14. ^ Новиков, С.В .; Мурдмаа, И. (2007). «Ионообменные свойства океанических железомарганцевых конкреций и вмещающих пелагических отложений». Литология и минеральные ресурсы. 42 (2): 137–167. Дои:10.1134 / S0024490207020034. S2CID  95097062.
  15. ^ Венгожевский, А.В .; Кун, Т. (2014). «Влияние субоксического диагенеза на образование марганцевых конкреций в поясе конкреций Кларион Клиппертон в Тихом океане». Морская геология. 357: 123–138. Bibcode:2014MGeol.357..123W. Дои:10.1016 / j.margeo.2014.07.004.
  16. ^ Фолькманн, Себастьян Эрнст; Ленен, Феликс (21 апреля 2017 г.). «Производственные показатели для планирования добычи марганцевых конкреций». Морские георесурсы и геотехнологии. 36 (3): 360–375. Дои:10.1080 / 1064119X.2017.1319448. S2CID  59417262.
  17. ^ Фолькманн, Себастьян Эрнст; Кун, Томас; Ленен, Феликс (21.02.2018). «Комплексный подход к технико-экономической оценке добычи конкреций в глубоком море». Минеральная экономика. 31 (3): 319–336. Дои:10.1007 / s13563-018-0143-1. ISSN  2191-2203. S2CID  134526684.
  18. ^ Фолькманн, Себастьян Эрнст (2018). Blue Mining - планирование добычи марганцевых конкреций на морском дне (Тезис). Аахен. Дои:10.18154 / rwth-2018-230772.
  19. ^ «Минеральные ресурсы глубоководного дна».
  20. ^ «Горный кодекс».
  21. ^ Объединенные Нации. «Резолюция, принятая Генеральной Ассамблеей 19 июня 2015 г .: A / RES / 69/292» (PDF).
  22. ^ «Биоразнообразие».
  23. ^ Озтургут, Э .; Trueblood, D. D .; Лоулесс, Дж. (1997). Обзор эксперимента по воздействию бентоса в Соединенных Штатах. Труды Международного симпозиума по экологическим исследованиям глубоководной добычи. Агентство по добыче металлов Японии.
  24. ^ Бюллетень для прессы Гентского университета, 7 июня 2016 г. В архиве 14 июня 2016 г. Wayback Machine
  25. ^ Glover, A. G .; Смит, К. Р. (2003). «Экосистема глубоководного дна: современное состояние и перспективы антропогенных изменений к 2025 году». Охрана окружающей среды. 30 (3): 21–241. Дои:10.1017 / S0376892903000225. S2CID  53666031.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка