大洋锰结核矿成因之谜
海底锰结核
海底锰结核作者：白建来源：《中学生百科·文综理综》2008年第08期锰结核的形成原因，至今仍是海洋研究中的难题。
一般认为它是沉降于海底的金属氧化物（氧化锰、氧化铁等）集合成细小颗粒，不断吸引溶解在海水中的矿物元素聚集而成。
也有人认为，是海底火山喷发的大量气体中伴随的锰、铁类元素溶入海水中后，经过氧化富集，沉淀形成的矿物团块。
锰结核主要分布于各大洋4000～5000米的深海中，而大洋盆是地球上地质形成年代最晚、地壳最薄、火山活动和熔岩喷发最剧烈的部位。
海底岩层勘探证实，大洋盆的年龄不到2亿年，南大西洋和印度洋只有1.3亿年，几大洋盆都是白垩纪末期地球大爆发后才形成。
大陆地壳平均厚度约35千米，洋壳的平均厚度只有7千米。
因此，洋壳是断层裂缝最多、熔岩最容易冲破的区域。
那条首尾衔接太平洋、大西洋、印度洋的海底山脉——大洋中脊，正是7000万年前白垩纪末期地球大爆发时地壳开裂的最后弥合缝隙。
大洋中脊山脉就是从地幔中喷涌出的大量熔岩堆积而成的，它是地壳最不安宁的“火山故乡”。
已探明大洋盆的山峰，都是死火山或者活火山。
镶嵌在大洋中数不清的璀璨明珠——火山岛（如著名的夏威夷群岛），就是海底火山的产儿，它们原是由几千米深海底喷射的熔岩堆积而成。
海洋中那些或孤峰耸立或群峰成片的平顶山，则是被潮汐、海浪等外力作用削平的火山。
还有那种由火山喷发的熔岩碎块，以及时隐时现、神出鬼没、充满神秘色彩的幽灵岛，也都是熔岩喷发的结果。
其实锰结核的成因很简单，就是在白垩纪末期地球大爆发中和之后的7000万年中，从未间断的大洋中脊山脉以及分散的海底火山不断喷发时，由于巨大压力和温差引起的剧烈爆炸作用下，一些飞溅的分散岩浆，遇到冰冷的海水，冷却凝固为矿物质颗粒。
锰结核——即从海底火山喷发的高温岩浆（主要是硅类）中由于元素熔点不同分离出来的，以地幔深处含量较多、熔点相近的金属元素为主，与非金属元素混合构成的小块冷凝固结矿物。
锰结核往往沉积于一些玄武岩、红黏土和碎石浮屑的周围。
大洋铁锰结核的成因机制讨论
3、同一现象的不同解释
胶体化学成因机制解释与生物成因机制的解释所依 据的现象有相同的地方：明暗相间的纹层。但对 其成因解释完全不同。
1. 胶体化学成因的解释（混合类型结核为例）：笔者观察到 在混合类型结核的底部和侧部有钠水锰矿和钡镁锰矿交代 原生δ-MnO2的现象，先是沿环带或薄层交代，再向结核 内部，由环带状交代过渡为钡镁锰矿鳞片状集合体呈块状 交代原生δ-MnO2。在这种块状交代带的中部常出现一种 反射色为灰色(带褐色色调)的非晶质铁锰氧化物；同时， 我们在这种类型结核的顶部表层、壳层间或环带间见到原 生δ-MnO2；被次生δ-MnO2交代，原生层纹和环带保留残 余结构，而且结构变得比原来致密；此外，还见到沿裂隙 贯人的后生非晶质铁锰氧化物(单连芳等)。
正基于此，研究人员利用研 究生物体最有效的高精度 荧光显微镜，对1997年底 刚从东太平洋采回的铁锰 结核进行了系统研究，发 现了建造这些结核的大量 微生物/活体(已死亡)，铁 锰结核内部发育良好的微 生物显微荧光结构，微生 物的生命活动与铁锰结核 的成因密切相关。
不同适合不同微生物繁育，不同的微 生物有不同的生活习性，吸收或富集不同的元素 组合。 • 丛状菌呈束状、栉状垂直向上生长，故此长成不 规则菜花状锰结核，相对富Cu,且表面粗糙，有砂 感; • 而丝状菌则呈复杂弧状、同心圆状逐层向外生长， 故此形成表面光滑的(铁)锰结核体。 • 宏观表现有其微观的原因。当把其微观特征及形 成过程认识清楚之后，其宏观特征，乃至其生成 条件、成分特征和分布特点也就易于把握了。
2、生物成因机制
• 1994-1995年对东太平洋锰结核 包壳及其内部纹层构造作光学 显微镜和透射电子显微镜的系 统研究。结果表明，深海锰结 核是一种锰质核形石，其包壳 是叠层石。光滑状和瘤状锰质 核形石分别是由微小叠层石和 奇异叠层石构成，而叠层石则 由纳米级微生物建造而成。新 近发现的中华微放线菌和太平 洋螺球袍菌分别是微小叠层石 和奇异叠层石的建造者。这种 典型微生物岩的发现对大洋锰 结核成因的认识提供了依据。
深海奇珍—锰结核
范文借鉴
深海奇珍—锰结核
戈勇锰结核是什么呢?
已经是一百年前的事了—1872年到1876年,英国深海调查船“挑战者号”在环球海洋考察中首先发现了深海洋底的锰结核。
船员当时谁也没有对此表示真正的关切。
近二十年来,随着冶金工业的迅速发展,矿石需求量与年俱增,陆地上的资源日益枯竭。
怎么办呢?人们开始把注意力从陆地转向海洋,深海锰结核的开发和利用终于被提上议事日程。
通常所说的锰结核,是指球状或块状的结核块,小的像豌豆,大者如马铃薯,一般直径在5厘米到20厘米之间,个别的也可达1米以上,切开来看,锰结核内部呈同心圆状,层层包裹,有点像洋葱,表面呈棕色或黑色,性脆硬度小,全身有细孔,体重很轻,比重在2到3之间。
锰结核里岂止含锰,它包藏的元素实在太多了,铁、铜、钴、镍、钛、钼等30多种,几乎占元素周期表里元素的三分之一!
不仅种类多,而且品位高。
拿太平洋里的锰结核的化学成分作例子:锰的含量是8.2%到41.1%,铁的含量是 2.4%到26.6%,铜的含量是0.03%到1.6%,镍的含量是0.1%到2%,钴的
含量是0.1%到2.3%,它们大都超出陆矿开采的要求。
这就是说,海底锰结核是含有当前世界上工业急需的多种金属大有矿源,是“大海奉献给人类的一份丰厚的礼物”。
在深海洋底表面上,锰结核分布相当广泛。
它们一般裸露在外面,就像放在草地上的一群网球。
全世界各大洋的锰结核总储量是30000多亿吨，88亿吨铜,164亿吨镍,98亿吨钴,按目前开采速度来看,铜可供60O年用,镍是15000年,锰是24000年,钻可以满足人类30万年的需要。
这是一笔多么巨大的资源财富啊!。
大洋锰结核中锰矿物的地球化学性质及其成因
２ 锰矿物的地球化学特征
我 们 研 究 的 样 品 是 海洋 四号 ＨＸ４—８６１、８７１、８８１ 三 个 航 次 从 东 北 太平 洋海 盆 （ｃｃ
图 ｌ 不同 阶 段形成 的矿 物中 三项组 分 图
Ｆｉｇ． １ Ｔｅｒｎａｒｙ ｄｉａｇｒａｍ ｆｏｒ ｍ ｉｎｅｒａｌ ｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ￥ｔａｇｅ ｓ
本文 试 图 从锰 矿物 的地 球 化学 特 征 来 进一 步为 我们 在显 馓 镜 下观 察 到 和 用 ｘ衍 射 分 析 证 明 的 矿物 相 变 寻求 依 据 。 我 们 采 用 三 项 组 分 和 线性 回 归 统计 法 来 研 究 这 些 矿 物 的 化 学成分 ，一方面可 以得 出矿物 中的 元素 比值 界限和 元素结台规律 ；男一方面用结棱的 化学 成 分 来 讨 论 结 核 成 因问 题 ， 即 结核 中 矿物 成 分 不 同 导 致 不 同的 化学 成 分 。 而 结 核 的 矿 物 成分 又 与 结核 的成 岩 变 化有 关 。
１） 单 连 芳 和 执 德 ， 铣 锰 结 植 的锰 矿 物 相 变 和 其 它 次 生 变 化 （待 刊
维普资讯
第 １期
单连芳 ： 大洋锰 结 核 中锰矿 物 的地球 化 性 质 及其 成 因
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区 ）和 中太 平 洋 海 盆 （ＣＰ区 ）采集 的锰 结核 。 笔 者在 反 光 显 赦 镜 下 对 其 中 ５１个站 位 的 ６１ 个 结核 光面 进 行 了 详 细 的 观 察 。 在 此基 础 上 选择 ９个 站 位 （ｃｃ区 ６个 站 位 ，ｃＰ区 ３个 ） 豹 １０个 结 核光 面 上 的锰 矿 物 作 电子 探 针 分 析 ，并 从 光 面 上 相 应部 位 用 钢 针 取 下 样 品 作 ｘ 衍 射分 析 ，以确 定矿 物相 。
海底矿藏是怎样形成的
海底矿藏是怎样形成的深海矿物资源，通常主要指海底锰结核、海底热液矿（也称多金属软泥）和海底石油。
锰结核矿是一种分布于水深4000～6000米大洋底的矿物资源，含有镍、铜、钴、锰等76种元素。
人们估计，世界大洋锰结核矿的总储量可达3万亿吨，仅在太平洋就有1.7万亿吨。
如果按目前人们的开采需求量计算，锰、镍、钴等可供人类上万年的开采需求,由此可见海洋中锰结核矿储量之巨大了。
海底热液矿床多分布在火山活动的大洋中脊裂谷处，火山岛弧地带，或分布在与火山活动有关的断裂带和构造线上。
海底热液矿床的发现时间并不长，仅有二三十年的历史，但从一开始就引起科学家们的高度注视。
这是因为，海底热液矿床有十分可观的储量和所含金属的潜在价值（热液矿床中含有铜、铁、锌、钴、锒、硫等多种矿物）。
海洋石油和天然气的开发仅有百余年的历史，其储量和开采前景也是十分诱人的。
要开采海底矿物资源，有一个重新认识海底矿藏的问题之一是，如何认识海底矿藏的形成原因。
早期的成矿理论长期以来，人们一直认为，海底矿物是由于陆地上岩石的风化作用，经过雨水冲刷，把岩石中所含有的金属元素输入江河，带到海洋里去。
也就是说，滚滚江河水携带着这些物质以及泥沙来到海里，经过波浪和海流的淘选，发生沉积作用，在相当于200～600个大气压的静水压力作用下，生成矿物，沉积于海底。
按照这种观点，世界大洋中应该有镁、钾、铁等金属的沉积物，但是，实际上人们在海底并没有发现过这些金属的沉积物。
在人们对此困惑不解的时候，板块构造理论给海底矿藏的成因提供了新的理论。
我们用板块构造理论解释各种海底矿藏的形成，就似乎容易多了。
用板块构造说看海底矿藏板块构造理论认为，镁、钾、铁、镍等金属并不是从陆地河流带到海洋中的海底沉积物，而是被沿海底裂缝循环的海水带到洋壳上并沉积在那里，经过长时间的地质变化，其化学成分发生了很大的变化。
在世界大洋中，在洋中脊或海隆的边沿热泉的高温海水将这些金属沉积物溶解，随喷发的热液一同从裂缝喷射出来，以固体硫酸盐和硫化物的形成沉积在海底，同时，高温海水淋滤出地壳岩层中的钾、钙、硅、铁和锰等金属元素。
海底谜团
海底谜团作者：宫乃斌来源：《百科知识》2011年第15期想必是创世之初，上帝童心大发，和我们开了个玩笑：他趁大洪水时，把大批金属“土豆”撒在洋底；但又不说破，笑眯眯地看着我们何时才能采用。
这些“土豆”，就是神秘的海底锰团块。
1873年，英国“挑战者号”科学考察船在加那利群岛海面调查时，偶然从网中拣出几块锃亮的“黑色鹅卵石”。
船上的科学家都不知道这是何方神圣，它们被大英博物馆当作奇珍收藏。
9年后，英国科学家约·雷默和雷纳经化验，确认它们是硅酸盐、高锰酸盐和多种氧化物的混合体。
但不少地质学家仍不以为然，认为那不过是载有锰矿石的船只偶然沉没的遗物。
直到1959年，美国科学家约翰·梅罗发表了有关它们的系统的分析报告，“锰结核”或“多金属结核”才被人们刮目相看。
更严格地说，此类矿物应分为锰铁结核和锰铁结壳两种，通称为锰团块。
现在我们知道，各大洋1～6千米深的海床上，锰团块的分布相当广泛。
它们是些不规则的团块，有的光滑如扁球，有的多孔如炉渣，有的状如葡萄，有的覆盖如被状。
小的如沙砾，大的如土豆，超大的几吨重。
那可是一笔让人眼红耳热的超级财富，总储量估计在3万亿吨以上。
按照目前人类的消耗水平，其中的铜、镍、锰、钴等分别可用600年～13万年不等。
然而，锰团块又身处重重谜雾之中，让我们不断探寻。
成因之谜锰团块究竟因何生成?这是第一个不解之谜。
对此，智者见智仁者见仁，有多种不同的解释和假说。
但是，又皆不能自圆其说。
此类假说有：生物摄取说有人用电子扫描显微镜观察锰结核的表面和内部，发现其细微结构中包括很多空管和微孔隙，这些管、孔均由大量底栖微生物构成。
科学家据此猜测，是这些底栖微生物摄取了海中大量的二氧化锰等氧化物，日积月累形成了这些锰结核。
锰结核内常发现碎骨、牙齿等，有人便认为这正如珍珠和蚌壳的生长，佐证了生物成因说。
不过，锰团块不仅储量巨大，还在不断生长——全球每年大约增长1000万吨！这些小小的微生物，难道真有如此巨大的“生产力”吗？水成沉积说这种假说认为，海水中溶解的锰和铁本就处于饱和状态，由于降水和河流的冲蚀，地表的矿物质又被冲入海内。
大洋深处的锰结核
储量分布
• 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，每平方米面积上就有 100多公斤，简直是一个挨一个铺满海底。 在全世界的大洋里它的总储量达10的12次 方的三倍吨。
开采应用—世界
• 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。在这方面投资多、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。
锰结核简介
• 锰结核是沉淀在大洋底 的一种矿石，它表面呈黑 色或棕褐色，形状如球状 或块状，它含有30多种金 属元素，其中最有商业开 发价值的是锰、铜、钴、 镍等。
主要成分
• 锰结核存在的形式为 硅酸盐和难溶性高锰酸 盐 (高锰酸亚钛、高锰 酸铁、高锰酸铝等)的 混合物。
形成来源
它的物质来源，大致有四方面： 一是来自陆地、大陆或岛屿的岩石风化后释放出 铁、锰等元素，其中一部分被海流带到大洋沉淀。 二是来自火山，岩浆喷发产生的大量气体与海水 相互作用时，从熔岩中搬走一定量的铁、锰，使 海水中锰、铁越来越多。 三是来自生物，浮游生物体内富集微量金属，它 们死亡后，尸体分解，金属元素也就进入海水。 四是来自宇宙，有关资料表明，宇宙每年要向地 球降落2000~5000吨宇宙尘埃，它们富含金属元素， 分解后也进入海洋。
深海锰结核
深海锰结核作者：任禾来源：《中国经济和信息化》2013年第15期锰结核是沉淀在海洋底部的一种矿石，它主要的商业价值在于含有30多种金属元素。
继可燃冰之后，锰结核成为未来深海能源开采的新选项。
7月3日，在中国南海的“蛟龙海山”区，执行首个试验性应用航次的中国“蛟龙”号载人潜水器发现了大面积铁锰结核，并采集了8块样品。
这个消息再次点燃了人们对于深海能源勘测的热情。
锰结核是沉淀在海洋底部的一种矿石，主要由氧化铁和氧化锰构成，它主要的商业价值在于含有30多种金属元素，其中储存镍、钴、铜、锰的总量分别高出陆上相应储量的几十倍到几千倍。
据从事矿产资源勘查和勘探研究的相关机构预测，进入21世纪之后，各类型的矿物原料消耗呈持续快速增长态势，预计在2001至2050年之间，全球矿产资源消耗量将成倍增加。
如石油消耗增长2～2.2倍，天然气3～3.2倍，铁1.4～ 1.6倍，铝1.5～2倍，铜1.5～1.7倍。
陆地资源消耗与日俱增，浩瀚无垠的海洋中潜藏的资源，势必成为人类未来能源的最好选择。
海底宝藏深海锰结核又称深海多金属结核，主要分布在水深3000～6000米的深海底，锰结核是以海洋里鲨鱼的牙齿、鱼骨、海底火山的喷出物为母体，凝聚海水里的金属微粒而成的颗粒。
母体凝聚金属微粒的原因有两种：一是母体及金属微粒各带不同性的电能，由于异电相吸而凝聚；二是由于潮汐波浪的推送揉和，把母体和金属微粒像滚雪球那样越滚越大。
锰结核大小不等，一般直径在5到10厘米之间。
锰结核中富含多种金属成分，其中锰占25%，铁占14%，此外还有多种有色金属，而其中蕴含的铜、钴、镍都是陆地上紧缺的矿产资源。
聚集了如此珍贵的稀缺元素的锰结核，几乎遍布所有海洋甚至大湖，仅仅太平洋底的锰结核就可以提炼锰4000亿吨、铜88亿吨、镍1.64亿吨、钴58 亿吨，这还不包括其他的稀有金属。
以当今的世界消费水平计算，如果把海底的锰结核全开采出来，锰可供人类使用3.33 万年，镍可供使用2.53 万年，钴34 万年，铜980万年。
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大洋锰结核矿成因之谜
海底锰结核是由英国人首先发现的。
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。
船上的几位科学家准都没有见过这种“黑色的卵石块”。
后来，这些“黑卵石块”送回英国。
经过化验分析，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。
后来，人们给这种矿石起名叫“大洋锰结核”或“大洋多金属结核”等。
由于锰结核矿大量存在于世界各大洋之中，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。
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：什么是锰结核构成元素供给源？锰结核的沉积地点是怎样形成的？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：一是大陆或岛屿上岩石风化后分解出了金属离于，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元素。
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机理，却存在着较大的分歧。
围绕着锰结构的生长机理，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成。
这种解释虽给人以启发，但是它仍有不完备的地方。
第二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，发现结该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。
第三种假说是火山活动说。
这种理论认为，人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，沉淀出铁的含水氧化物，使锰和其他金属经过氧化富集、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，这又该做何种解释呢？。