научная статья по теме РУДНЫЙ ГИГАНТ В ЛЕДНИКОВОЙ ПОЛЫНЬЕ Физика

Текст научной статьи на тему «РУДНЫЙ ГИГАНТ В ЛЕДНИКОВОЙ ПОЛЫНЬЕ»

Рудный гигант в ледниковой полынье

Александр Михайлович Портнов, доктор геолого-минералогических наук, профессор Российского государственного геологоразведочного университета им.С.Орджо-никидзе. Область научных интересов — минералогия и геохимия рудных месторождений.

А.М.Портнов

В 1868 г. экспедиция шведского полярного исследователя Нильса Норденшель-да на судне «София» подняла со дна Карского моря темные камни, оказавшиеся железомарган-цевыми стяжениями (конкрециями). Затем похожие образования были обнаружены при драгировании дна Атлантики в районе Канарских о-вов океанографической экспедицией Великобритании на корвете «Челленд-жер» (1872 — 1876). Внимание геологов привлекло то, что кроме железа и марганца в конкрециях были заметные количества цветных металлов. Впоследствии подводные фотосъемки показали: дно здесь иногда напоминает булыжную мостовую. Оно сплошь покрыто конкрециями размером 4—5 см, которые выступают из ила или образуют в верхней части грунта слой толщиной до 0.5 м. Количество руды достигает 200 кг/м2.

Руда будущего

Больше всего железомарганце-вых конкреций (ЖМК) оказалось в центре Тихого океана. Там было установлено грандиозное месторождение, расположенное между широтными разломами Кларион и Клиппертон. Оно протянулось вдоль экватора к западу от Америки на тысячи километров [1, 2]. Руды представлены срастаниями гидрок-

© Портнов А.М., 2012

сидов марганца и железа в форме лепешек, охристых пластов, корок. В них определены высокие содержания никеля, кобальта, меди, а также небольшие примеси платины, иридия, цинка, свинца, молибдена, серебра, золота, фосфора. Запасы металлов в конкрециях и корках, распространенных в этой провинции с плотностью до 10 кг/м2, очень велики и оцениваются в 380 млрд т. Кроме того, ЖМК — мощные сорбенты. Они способствуют природной очистке океанской воды от железа, марганца и тяжелых металлов. Общие ресурсы океана превышают 1.5 трлн т конкреций. Марганца здесь больше, чем на всех его континентальных месторождениях [1]!

Такое огромное скопление ЖМК рассматривается как комплексная руда будущего. Состав ее различен: самая высокая концентрация марганца, цветных

и редких металлов содержится в конкрециях экваториальной части Тихого океана (85% ресурсов марганца в конкрециях и более 95% редких металлов). Разведанные запасы богатых и очень богатых руд составляют здесь 10 млрд т. В Атлантике и Индийском океане их ресурсы значительно меньше, и редких металлов в них немного. В морях Ледовитого океана ЖМК еще меньше. В них преобладает железо, марганца мало, а ценных металлов почти нет. Кроме того, на плоских вершинах подводных гор (гайотов) в районе тихоокеанского экватора найдены особо ценные кобальт-марганцовистые корки. Основные запасы руд сосредоточены на месторождении-гиганте Кларион-Клиппер-тон, они поделены между ведущими государствами мира [2].

Любопытно, что данные о ЖМК, полученные океанографическими экспедициями Ака-

«Булыжная мостовая», состоящая из железомарганцевых конкреций. Тихий океан, глубина 6000 м.

Фото из архива «Южморгеологии»

демии наук СССР и Министерства геологии, в нашей стране долгое время хранились в тайне. Были засекречены даже зарубежные статьи и карта распространения конкреций, изданная в 1978 г. в США. О гигантских скоплениях руды стало официально известно в СССР только в 1982 г., после подписания 119 государствами в Монтиго-Бей на Ямайке Международной

конвенции по морскому праву, согласно которой минеральные ресурсы морского дна в «Международном районе» признаны общим достоянием человечества.

С 1987 г. СССР стал заявителем и обладателем Международного сертификата на участок морского дна Тихого океана с правом дальнейшего изучения и промышленного освоения ЖМК, комплексной руды для по-

лучения марганца, никеля, меди, кобальта. В России разработаны различные варианты добычи этих полезных ископаемых. После вступления в силу Конвенции по морскому праву 1994 г. природоохранная деятельность контролируется Международной организацией по морскому дну (ISA).

В 2001 г. «Южморгеологией» был подписан контракт на 15 лет на разведку двух участков дна Тихого океана общей площадью 75 тыс. км2 [3]. Один расположен в глубоководной Восточно-Марианской котловине и представляет собой часть рудного гиганта Кларион-Клиппертон. Другой — на гайотах на глубине 2000—3500 м, в районе отведенного России участка подводных Магеллановых гор. Прогнозные ресурсы участков достигают 600 млн т сухой рудной массы. При годовой производительности в 3 млн т ценность высвобождаемых из руды металлов достигает 3 млрд долл. Кроме того, в 2011 г. Россия получила права на разведку и освоение в Атлантике цветных металлов, связанных с горячими растворами в разломах океанского дна.

Технологическими исследованиями во Всероссийском институте минерального сырья выделены два связанных с конкрециями типа руд: никель-

Обогащенные марганцем железомарганцевые конкреции [1] концентрируются в экваториальной части Тихого океана. 1 — МпДе > 1; 2 — МпДе < 1.

медь-кобальтовый и марганец-кобальтовый. Первый содержит до 3% суммы N1 и Си, до 0.35% Со, до 20% Мп. Второй — до 25% Мп, до 2.0% Со и всего до 0.7% суммарно N1 и Си. Вместе с кобальтом присутствуют также 0.1% молибдена, до 4.5 г/т платины и иридия и до 4.5 кг/т редкоземельных элементов.

Высокая концентрация редкоземельных элементов особенно интересна, поскольку самарий, гадолиний, диспрозий, не-одимий, празеодимий, тербий, европий, иттрий и др. — необходимые компоненты современных высоких технологий. Они используются в мощных постоянных магнитах, в атомной, оптической, микроэлектронной промышленности. Мировой их монополист — КНР. В 2008 г. там было добыто 120 тыс. т редкоземельных элементов (97% мировой добычи). На данный момент Китай прекратил продажу этого сырья, что привело к резкому увеличению его стоимости. В то же время мировая потребность в нем стремительно растет и, по оценкам специалистов, к 2015 г. достигнет 200 тыс. т.

В 2011 г. японские геологи Токийского университета под руководством Я.Като в Тихом океане около островов Гавайи и Таити установили аномально высокие концентрации редкоземельных элементов не только в ЖМК, но и в иле. Их содержание там составляет 2 — 3 кг/м3, т.е. примерно столько же, сколько в конкрециях. По оценке Ка-то, ресурсы этих металлов на дне океана способны обеспечить весь мир и могут достигать 100 млрд т!

Концентрация редкоземельных элементов в иле часто превышает их содержание в китайских континентальных месторождениях. Но, в отличие от последних, ил и ЖМК содержат мало урана и тория, что очень важно при технологическом процессе. Извлечение редкоземельных элементов из конкреций кислотами разработано немец-

кими учеными, дало положительные результаты и может избавить мир от сырьевой монополии Китая.

С вершин гайотов добыча руды наиболее перспективна методом гидроподъема или эрлифта [2]. Для транспортировки сырья могут использоваться обычные сухогрузные суда. Переработка ЖМК и корок методами гидро- и пирометаллургии успешно опробована на предприятиях бывшего СССР и США. Скорее всего, она применима и для ила.

Несмотря на огромные прогнозные ресурсы редкоземель-но-никель-кобальт-марганце-вых руд, со дна океанов и морей добыто всего несколько сотен тысяч тонн (преимущественно на мелководье, вблизи берега). В России железомарганцевые конкреции в небольших количествах добываются в Финском заливе. Если их использовать в качестве сорбентов для очистки сточных вод или наполнителей бетона атомных электростанций, то приобретут ценность и железистые конкреции без редких металлов, с низким содержанием марганца, которые имеются в Черном, Белом, Карском и Восточно-Сибирском морях.

ЖМК —

современники человека

ЖМК Мирового океана и морского шельфа — новый, нетрадиционный вид минерального сырья, не имеющий аналогов среди континентальных месторождений редких, цветных и черных металлов по ресурсам, условиям образования и вещественному составу. Но до сих пор остается неясным, когда и как на дне океана скопились огромные массы марганца, железа и других ценных металлов. Почему конкреции лежат на поверхности дна океана? Почему богатые руды залегают лишь вдоль экватора в Тихом океане? Почему в ЖМК присутствуют

никель, кобальт, платина, характерные для мантии Земли и железных метеоритов?

На континентах таких руд нет. В осадочных породах прошлых геологических эпох находятся многие месторождения марганца, но состав их руд более простой. Раньше считалось, что конкреции растут очень медленно, со скоростью 1 мм за миллион лет. Их возраст оценивался в 150 млн лет. Предполагалось, что марганец и железо поступают из подводных вулканов и сносятся реками с континентов. Но было непонятно, почему тяжелая руда в течение миллионов лет как бы плавала на поверхности донного ила, скорость осаждения которого в тысячи раз больше. Эта загадка получила название «парадокс непотопляемости ЖМК» [1].

Решение этой задачи нашли Г.С.Ануфриев и Б.С.Болтенков, специалисты по масс-спектро-метрии из Физико-технического института РАН (Санкт-Петербург). Они доказали связь высокой скорости роста ЖМК с космической пылью. Для определения скорости роста использовался новый метод «космического трассера», основанный на определении в образцах концентрации изотопа 3Не, который транспортируется в осадочные породы с космической пылью. Измерения показали в ЖМК высокое содержание гелия (3Не), связанного с «солнечным ветром».

Космическая пыль интенсивно облучается «солнечным ветром», при этом корпускулы солнечного излучения внедряются в поверхность пылинок и падают с ними на Землю. Концентрация в ЖМК таких внедренных (имплантированных) частиц аномально велика. Глубоководные океанические илы имеют отношения 3Не/4Не = 10-5, что близко к соотношению изотопов в «солнечном ветре» и на поверхности Луны. Это означает, что 99% легкого изотопа гелия в океанских илах имеет космическое происхождение.

Современные расчеты показали, что ЖМК растут со скоростью примерно 1 мм за тысячу лет, что в тысячу раз быстрее, чем считалось раньше. Это совпадает с известным фактом быстро

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком