深海采礦是指在水深200米至6500米的海底開采礦物。為了獲取這些金屬資源，重量超過藍鯨的巨型機器會在深海海底進行挖掘作業。隨後，這些機器透過長達數公裏的管道將開采出來的礦物材料泵送到作業船上。采礦過程中產生的沙子、海水和其他礦物廢料則會被重新泵回海中。
深海采礦器材
（圖片來源：文獻6）
深海裏的礦產資源
海洋中的礦產資源種類繁多且儲量豐富，特別是深海區域蘊藏著大量的重要礦產資源，如多金屬結核、富鈷結殼和多金屬硫化物等。
等等，結核？跟我們常說的結核病有關系嗎？結殼又是什麽呢？
1.多金屬結核
多金屬結核是一種在深海底部發現的礦物聚合體。結核通常呈現球形或橢球形，直徑從幾毫米到幾厘米不等，有時甚至可以達到10厘米以上，有的大小像雞蛋，有的像薯仔。它們主要由錳、鐵、鎳、銅、鈷等多種金屬組成，此外還含有少量的稀土元素和貴金屬。
結核的形成是一個緩慢的地質過程，通常需要數百萬年的時間。其形成機制主要有兩種，一是金屬離子透過化學沈澱和氧化反應在海底逐漸積累，形成錳氧化物和鐵氧化物，這些氧化物作為基質包裹其他金屬元素，逐漸形成結核。另一種是靠微生物在海底沈積物中的活動，也可以促進金屬元素的沈積和結核的形成。
深海錳結核
（圖片來源：wikipedia）
多金屬結核主要分布在太平洋、印度洋和大西洋的深海底部，尤其是在太平洋的克拉利昂-克里珀頓區（Clarion-Clipperton Zone, CCZ）。這些結核富含錳、鎳、銅和鈷等金屬，估計該區域的多金屬結核資源量可達數十億噸。根據國際海底管理局的數據，僅克拉利昂-克里珀頓區的資源量就可能滿足全球數百年的金屬需求。
2.結殼
結殼是在海底硬基巖上形成的一層富含金屬的礦物殼層。結殼的厚度通常為幾毫米到幾厘米，主要由錳、鐵、鈷、鎳、銅和稀土元素等組成。
結殼主要是透過化學沈積過程形成的，其中金屬元素從海水中沈澱並在基巖表面逐漸積累。這一過程受到多種因素的影響，包括海水的化學成分、溫度、壓力以及海流等。結殼的形成速度極慢，通常需要數百萬年的時間才能形成幾毫米的厚度。
蒙特利灣水族館研究所(MBARI)收集的玄武巖基底上的錳鐵結殼
（圖片來源：文獻3）
鈷結殼主要分布在太平洋的海山和大洋中脊地區，富含鈷、鈦、鎳、鉑和稀土元素。特別是在太平洋中部的海山上，鈷結殼的資源量巨大。根據估算，全球海底鈷結殼資源量可達數億噸，足以供應全球對鈷和其他關鍵金屬的長期需求。
3.多金屬硫化物
多金屬硫化物又稱海底熱液硫化物，是一種在深海熱液噴口區域形成的礦物聚合體，尤其是在中大西洋洋脊和太平洋的東太平洋海隆等地區。它們富含多種有價值的金屬元素，如銅、鋅、鉛、金、銀，以及其他稀有金屬。
海底塊狀硫化物
（圖片來源：參考文獻4）
多金屬硫化物主要形成於深海熱液噴口區域。這些噴口常見於大洋中脊和海底火山活動區域。這些礦床富含銅、鋅、鉛、金、銀和其他稀有金屬。海底的多金屬硫化物礦床中含有的金屬比例較高，開采價值更大。海底熱液噴口區域的多金屬硫化物資源量預計有數億噸。
為什麽要在深海采礦？
深海采礦是一種獲取海底礦產資源的新興方式，具有重要的經濟和戰略意義。深海蘊藏著豐富的礦產資源，這些資源中富含的關鍵金屬對現代工業、電子產品和電池制造至關重要。陸地礦產資源會逐漸枯竭，開發深海資源成為滿足未來需求的重要途徑。
隨著海洋技術的進步，深海采礦逐漸變得可行。先進的水下機器人、深海勘探器材和海底采礦技術，使得在極端環境下進行資源開采成為可能。盡管前期投資較高，但深海礦產資源的開采可以帶來可觀的經濟回報，並推動相關技術和產業的發展，進而帶動經濟增長。此外，掌握深海采礦技術對國家而言具有重要的戰略意義，有助於保障國家資源安全，並提升國際競爭力。
目前，深海采礦在國際上面臨三大技術難題：第一，礦區海底地形異常復雜，導致裝備的安全行進困難重重；第二，深海礦產的賦存形式與物理特性復雜多樣，使得高效開采和收集面臨巨大挑戰；第三，深海多載作業裝備在海上風浪條件下的安全布放和回收難度較大。
「開拓二號」創中國深海采礦多項紀錄
由上海交通大學自主研制的深海多載作業采礦車工程樣機「開拓二號」，在完成深海試驗航次後，搭乘「向陽紅03」號科考船順利返回廈門，海試取得了圓滿成功。
深海采礦機器「開拓二號」
（圖片來源：上海交通大學）
此次海試中，「開拓二號」共進行了5次探采作業，創下了中國深海采礦領域的6項新紀錄，技術效能達到國內領先、國際先進水平。
「開拓二號」在海底多金屬結殼與結核礦區，成功完成了5次連續下潛，其中1次達到了4000米級深度，其余4次在2000米級深度進行。具體深度分別為1802.4米、1929.9米、1955.8米、2048.5米和4102.8米，這是中國深海多載作業采礦車首次在4000米左右深度的海底開展深海礦產資源試開采試驗。
開拓二號采集的礦石
（圖片來源：上海交通大學）
這一次的深海采礦技術取得重大突破，成功獲取大量多金屬結殼和多金屬結核等深海礦產樣品。此外，首創的深海復雜海底地形高機動行進技術和多礦類復合鉆采技術，即使在陡峭海山和稀軟沈積物等復雜地形中，也能安全穩定行進、高效開采多種礦石。同時，智能精細控制技術和非金屬纜深海多載布放回收技術，確保了深水作業的精確定位和安全回收。
這些技術的突破標誌著中國在深海采礦技術上的領先地位，並為未來的資源開發提供了有力保障。這一成就不僅展示了中國在深海采礦領域的技術實力，還為未來深海礦產資源的開發奠定了堅實基礎。
結語
深海采礦作為未來資源開發的重要方向，展現出巨大的潛力和前景。隨著技術的不斷進步和對陸地資源需求的增加，深海區域的礦物資源逐漸引起人們的關註。深海采礦不僅可以提供豐富的金屬礦物，還能緩解陸地資源的枯竭壓力，推動新能源產業的發展。
然而，深海采礦也面臨諸多挑戰。未來，透過多方協作和創新科技，深海采礦有望在保證生態平衡的前提下，成為全球資源供應的重要補充。我們期待著深海采礦技術的成熟和套用，為人類社會的可持續發展開辟新的路徑。
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出品：科普中國
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