Руда океанского дна

В Мировом океане среди его несметных богатств есть специфические, свойственные только ему рудные образования, о которых стоит рассказать особо.

У автора хранится небольшой прозрачный кубик из органического стекла. В нем запаян черный с металлическим отблеском камешек, по форме и размерам похожий на голубиное яйцо. На кубике выгравирована надпись: "Никель, медь, кобальт, марганец. Глубина 5100 метров". Это марганцевая конкреция - память о Тихом океане, где она была поднята со дна на борт научно-исследовательского судна.

Впервые марганцевые конкреции были обнаружены на дне Атлантического, Индийского и Тихого океанов в 1873-1876 годах экспедицией на судне "Челленджер".

Конкреции (стяжения) представляют собой природные образования преимущественно округлой формы с высокой концентрацией минеральных веществ. Это настоящие "коктейли" из металлов. Они состоят из марганца, железа, меди, никеля, кобальта, магния, алюминия, молибдена, ванадия... Всего в этих образованиях обнаружено до 27 химических элементов. Конкреции были названы марганцевыми, поскольку в них содержится в среднем двадцать семь процентов этого элемента.

По форме и химическому составу марганцевые образования в Мировом океане довольно разнообразны. Они находятся на дне в виде пластин, корок, камней, наростов на различных предметах. Величина же самих конкреций достигает размеров пушечного ядра. Интересно, что поднятые со дна океана осколки снарядов корабельных орудий имели марганцевый нарост со всеми сопряженными с ним химическими элементами. Как показали исследования, обрастание этих осколков шло со скоростью нескольких миллиметров в десятки лет.

Любопытно строение конкреций. Внутри их обычно есть ядро. Это или обломок породы, или обломок снесенного штормом с острова коралла, или, наконец, зуб акулы. Инородное ядро покрыто материалом, формирующим стяжение, который сложен в виде разного оттенка концентрических колец, напоминающих кольца роста на спиле дерева. Явно слоистое сложение конкреций свидетельствует о том, что они росли путем постепенного, вероятно, неравномерного отложения вокруг ядер химических соединений и элементов, выпадающих из океанской воды. Геохимиков заинтересовала скорость этого процесса. Они применили для ее определения три разных радиометрических метода. В результате получили скорость роста конкреций, равную десяти миллиметрам в миллион лет. Такую малую скорость сравним со скоростью образования осадочных пород на глубоководных участках дна океана, которая согласно тем же методам составляет от одного до десяти миллиметров в тысячу лет. Из этого следует, что марганцевые конкреции растут примерно в тысячу раз медленнее, чем происходит накопление осадочных пород, среди которых они встречаются. Напрашивается вывод: конкреции должны захороняться в осадках, но они, как свидетельствуют многочисленные фотографии океанского дна, лежат на его поверхности. Было высказано предположение о том, что конкрециям не дают погрязнуть в осадках постоянно шевелящие их донные животные. Утверждение довольно спорное. Скорее всего, сведения о скорости роста конкреций не точные. Сомневаться в них заставляют данные об интенсивности обрастания предметов, поднимаемых со дна океана, - тех же осколков корабельных снарядов. Во всяком случае, не за горами то время, когда вопрос о скорости роста прояснится окончательно, поскольку без его выяснения нельзя правильно оценить геохимические условия образования конкреций.

Марганцевые конкреции образуют на дне Мирового океана крупные скопления. Наиболее богат ими Тихий океан, где они располагаются чаще на глубинах примерно от двух до шести тысяч метров. Местами конкреции лежат на дне настолько плотно, что на подводных фотографиях дно похоже на булыжную мостовую.

Основные сведения о залегании на океанском дне конкреций получены с помощью дистанционного подводного фотографирования и телевизионного обзора донных ландшафтов. Известны попытки вести разведку месторождений конкреций посредством магнитометрической съемки. Такие методы, по мнению специалистов, должны позволить судить о примерном процентном содержании в них железа и оценивать их распространение по магнитным аномалиям.

Запасы конкреций на океанском дне сейчас исчисляются астрономической цифрой - тысячью пятьюстами миллиардами тонн. Но и это пока приближенные сведения, ибо нет еще достаточных материалов о распространении конкреций в глубоководных областях Мирового океана. Ученые, основываясь на имеющихся в их распоряжении данных о скорости роста конкреций, подсчитали, что эти образования ежегодно дают прирост в шесть миллионов тонн. Естественно, при условии равномерного во времени их формирования.

Малой скоростью роста конкреций объясняют разнообразие плотности скоплений этих образований на дне Мирового океана. В одних его областях конкреции уложены одна к одной, словно рукой человека, в других - они как бы рассредоточены. Ученые полагают, что в районах интенсивного осадконакопления, несмотря на активность донных животных, конкреции покрыты осадочными отложениями. Там же, где процесс осадкообразования замедленный, конкреции остаются на поверхности. Если вопрос о захоронении этих формирований в донных отложениях остается пока открытым, то наличие на поверхности дна огромных скоплений конкреций в глубоководных областях Мирового океана, где оно выстлано плотными глинами, является неоспоримым фактом. Так, районы с изобилием конкреций к северу и югу от экватора в Тихом океане представляют собой зоны медленного осадконакопления. Возможно, эти зоны являются и областями интенсивного роста конкреций.

Одним из первых объяснений механизма образования конкреций является суждение о том, что марганец и железо осаждаются из океанской воды с образованием коллоидов с положительным зарядом, которые оседают на различных обломках, становящихся ядром конкреций. На эту железомарганцевую оболочку выпадают остальные химические элементы. Так слой за слоем идет формирование конкреции. Сейчас преобладает мнение о том, что конкреции возникли в результате бактериального окисления и выпадения из океанской воды марганца и железа, чему сопутствовало поглощение конкрециями из водной среды других элементов. Действительно, марганцевые образования содержат заметное количество органического вещества. Но оно распространено в Мировом океане повсеместно, в том числе и там, где нет конкреций. Поэтому, пока не будет неопровержимых доказательств, взгляды на роль биологических процессов многие ученые считают всего лишь гипотезой. Поскольку механизм возникновения и формирования конкреций пока еще не ясен, то в настоящее время насчитывается по крайней мере не менее десятка объясняющих его гипотез. Одна из последних предполагает механическую спайку солей в комки с одновременным осаждением марганца и железа из океанской воды.

Конкреции различных районов Мирового океана рознятся по химическому составу. Так, конкреции восточной и северной части тропической зоны Тихого океана богаты марганцем, никелем и медью. В то же время в относительно небольших районах, тяготеющих к Американскому континенту, они, будучи также богатыми марганцем, содержат ничтожно мало никеля и меди. С другой стороны, конкреции подводных банок и горных вершин имеют самые высокие концентрации кобальта и свинца. Эти региональные различия в составе стяжений пока не объяснены, но им придается большое значение в современных гипотезах их происхождения.

Открытие залежей конкреций в Тихом океане совпало с развитием исследований подводного вулканизма, что привело к возрождению забытых идей Джона Меррея, исследовавшего конкреции, собранные в экспедиции английского корвета "Челленджер". Если металлы, входящие в состав стяжений, извлекаются из океанской воды, а вода в океане хорошо перемешана и достаточно однородна по химическому составу, то следовало бы ожидать, что конкреции по концентрации и перечню элементов должны быть однородными. А этого как раз и нет. Поэтому, чтобы объяснить поразительно большое разнообразие в химическом составе стяжений, надо предположить существование дополнительных источников входящих в них элементов. В настоящее время большинство ученых считают такими источниками вулканическую деятельность.

Поступающие в океанскую воду в процессе вулканических проявлений различные вещества, в том числе и металлы, будут дополнительным резервом для процесса формирования стяжений в прилегающих районах. Примечательно, что в ряде стяжений, поднятых в зонах вулканизма, обнаружили большое количество вулканического стекла, а также вулканические минералы, тесно связанные с окислами марганца. Гипотезу о роли вулканизма в формировании конкреций поддерживает сравнительно недавнее открытие донных отложений, необычайно богатых металлами, в некоторых активных участках срединных океанских хребтов. Это, по-видимому, является результатом того, что вулканическая активность поставляет металлы непосредственно на морское дно и в воду. Однако надо заметить: в этих районах не найдены конкреции, хотя отбор образцов донных пород выполняли по достаточно густой сетке.

Почти во всех попытках объяснить происхождение конкреций не принимаются во внимание подобные им образования, встречающиеся на мелководье близ континентов. Такие конкреции, например, обнаружены в шотландских заливах, а также в мелководных районах, где отсутствует какая-либо вулканическая активность. Они похожи на небольшие горошины или монетки, причем довольно разнообразные по составу. Одни обогащены марганцем, другие - железом, и все вместе отличаются от глубоководных конкреций низкой концентрацией никеля, кобальта, свинца и других металлов. Предполагают, что мелководные конкреции возникают в результате осаждения марганца и металлов из воды, которая поднимается вверх по порам осадочных пород. Если это так, то здесь налицо диагенетические изменения неуплотненных осадочных отложений, вызывающие попадание в поровую воду металлов низкой валентности. В процессе диагенеза такие породы уплотняются, находящаяся в их порах вода мигрирует к поверхности, где вследствие иных геохимических условий металлы выпадают в осадок.

Заметим, что состав отдельных групп глубоководных конкреций все-таки подобен составу мелководных. При этом в районах их распространения происходит диагенетическое обогащение марганцем поверхностных слоев осадочных пород. Видимо, механизм, обусловливающий формирование мелководных конкреций, действует и на больших глубинах.

В рассказе о распространении и происхождении удивительных донных образований нетрудно усмотреть немало противоречий и неясностей, порожденных недостаточной изученностью этих сугубо океанических рудных тел. Несомненно, что наука вскоре скажет свое более определенное слово. Сейчас же несомненно одно - марганцевые конкреции возникают и формируются на дне Мирового океана несколькими способами.

Долгое время марганцевые конкреции представляли преимущественно научный интерес из-за труднодоступности и наличия на суше достаточного количества марганцево-рудных месторождений. Говорить об этих образованиях как о промышленном сырье считалось по крайней мере преждевременным. Вместе с тем запасы марганца и сопутствующих ему в конкрециях металлов в океане не только сопоставимы с месторождениями суши, но и превосходят их. Если основываться на современных темпах разработки марганцево-рудных месторождений суши, то, как утверждают специалисты, ресурсов океана хватит на многие тысячи лет. Организация добычи со дна Мирового океана марганцевых конкреций может привести к настоящему перевороту в горнорудной промышленности.

Сейчас марганцевыми конкрециями заинтересовались многие крупные горнодобывающие фирмы мира. Они сразу же столкнулись с двумя серьезными проблемами: трудностью подъема с больших глубин конкреций в промышленных масштабах и сложностью извлечения из них марганца и металлов при переработке. Дело в том, что конкреции именно больших глубин обладают необходимыми концентрациями полезных ископаемых. Вместе с тем, как показали полупромышленные эксперименты, для их изъятия нужны сложные и трудоемкие технологические процессы.