深海锰结核生物成因

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1、深海锰结核的生物成因地球科学系：张霄宇，0099050，13858016225锰结核是目前已知的三大深海矿产资源（石油、天然气水合物、锰结核）之一，富含30多种金属元素，其中最有商业开发价值的是锰、铜、钴、镍等。锰结核广泛地分布于世界海洋2000-6000米水深海底的表层，而以生成于4000-6000米水深海底的品质最佳。锰结核总储量估计在30000亿吨以上。其中以北太平洋分布面积最广，储量占一半以上，约为17000亿吨。锰结核密集的地方，每平方米面积上有100多公斤。锰结核又称多金属结核、锰矿

2、球、锰矿团、锰瘤等，它是一种铁、锰氧化物的集合体，颜色常为黑色和褐黑色。锰结合的形态多样，有球状、椭圆状、马铃薯状、葡萄状、扁平状、炉渣状等。锰结核的大小尺寸变化也比较悬殊，从几微米到几十厘米的都有，重量最大的有几十公斤。锰结核不仅储量巨大，而且。还会不断地生长。生长速度因时因地而异，平均每千年长1毫米。以此计算，全球锰结核每年增长1000万吨。锰结核堪称“取之不尽，用之不竭”的可再生多金属矿物资源。最早发现锰结核的是英国人。1873年2月18日，英国“挑战者”号考察船来到加那利群岛西南约300

3、千米的海面进行海底取样调查。结果从海底捞上来几块像黑煤球的硬块。船上的几位科学家谁都没有见过这种“黑色的卵石块”。后来，这些“黑卵石块”送回英国。经初步化验分析，才知道它不是化石，而是含有大量锰、铁、铜、镍、钴等元素的矿石，其中以氧化锰为最多。剖开来看，发现这种团块是以岩石碎屑，动、植物残骸的细小颗粒，鲨鱼牙齿等为核心，呈同心圆一层一层长成的，像一块切开的葱头。由此，这种团块被命名为“大洋锰结核”或“大洋多金属结核”等。　　20世纪初，美国海洋调查船“信天翁号”在太平洋东部的许多地方采到了锰结核

4、，并且得出初步的估计报告说：太平洋底存在锰结核的地方，其面积比美国都大。尽管如此，在那时也没有引起人们多大的重视。1959年，长期从事锰结核研究的美国科学家约翰·梅罗发表了他的关于锰结核商业性开发可行性的研究报告，引起许多国家政府和冶金企业的重视。此后，对于锰结核资源的调查、勘探大规模展开。开采、冶炼技术的研究、试验也迅速推进。由于锰结核矿大量存在于世界各大洋中，是海洋中最有价值的矿产，所以进入70年代后，世界上有条件的海洋国家，投以巨资，对大洋锰结核矿进行调查，研究其开发的可能性。在这方面投资

5、多、成绩显著的国家有美国、英国、法国、德国、日本、俄罗斯、印度及中国等。到80年代，全世界有100多家从事锰结核勘探开发的公司，并且成立了8个跨国集团公司。尽管人们已经花了大量的人力和物力去研究海底锰结核，然而大洋锰结核的成因之谜，仍未能解开。科学家提出种种成因假说，但是，每种假说都有其不够完善的地方。关于锰结核成因问题的研究，主要是围绕着三个问题进行：1)什么是锰结核构成元素供给源？2)锰结核的沉积地点是怎样形成的？3)锰结核的生长机理是什么？关于锰结核的金属供应源问题，科学家提出四种方式：一

6、是大路货岛屿上岩石风化后分解出了金属离子，被风或是河流带入海洋。二是海底火山、海底风化和水溶液可以为锰结核提供所需的金属。三是海水本身是盐类溶液，它可能是最重要的金属元素供应源。四是宇宙尘埃等外空物质也能形成锰结核的元素供给源，尽管它的数量不大。这些元素通过各种渠道和不同的搬运方式，来到具备形成锰结核的“核”上，经过漫长的岁月，形成了结核，最后形成大小不等的锰结核。在研究这些金属元素的搬运方式上，科学家们没有多大的争议，大家都赞成是通过海水溶解后来到锰结核的“核”上的。然而，科学家对锰结核的生长

7、机理，却存在着较大的分歧。围绕着锰结核的生长机理，人们提出了种种的理论模式，概括起来，主要有三种：第一种为自生化学沉积假说，或者叫作接触氧化和沉淀说。这种观点认为，当海底的pH值增高时，氢氧化铁便会围绕一个核心进行沉淀，氢氧化铁的沉淀物可吸附锰离子，并且产生催化作用，促使二氧化锰不断生长，这种解释虽然给人以启发，但是它仍有不完备的地方。第二种假说是火山活动说。这种理论认为，火山爆发喷发出大量气体，在气体从熔岩中析出过程中，伴随着大量的锰、铁、铜及其他微量金属。这些微量金属进入海水中后，沉淀出铁的

8、含水氧化物，使锰和其他金属经过氧化富集、沉淀，形成锰结核矿。对于这种假说，有人提出：很多非火山活动海域内，也发现大量的锰结核，这又该作何种解释呢？第三种假说是生物成因说，这种理论的根据是，用扫描电子显微镜观察锰结核的表面和内部细微构造时，发现结核的表面有很多由底栖微生物形成的空管和微窟窿，当其形成管子时，摄取了大量的微结核于壳内。尽管目前对锰结核的成因存在着不同的假说，但是已有的研究表明，生物（微生物）在锰的迁移、沉积、成矿过程中均起着十分重要的作用。在海洋中生存着大量的细菌，它们活跃在海水和沉