Залізо-марганцеві конкреції світового океану

Геологія

УРАЛЬСЬКА ДЕРЖАВНА ГІРНИЧО-ГЕОЛОГІЧНА АКАДЕМІЯ

КУРСОВА РОБОТА ПО МПІ

Залізо - марганцеві конкреції світового океану

Студент:
Образцов П.И.

Група:
РМ-00-1

Викладач: Рудницький В.Ф.

г.Екатерінбург

2003р.

ЗМІСТ

1. Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 3
2. Історія дослідження ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... .... ... .4
3. Розповсюдження, склад і генезис рудних утворень ... ... ... ... 5
4. Проблеми геохімії ЖМО ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..... 10
5. Про перспективи освоєння рудних ресурсів ... ... ... ... ... ... ... ... ... 14
6. Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 19
7. Список використаної літератури ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... 20

ВСТУП

Протягом попередніх тисячоліть єдиним джереломмінеральних ресурсів був континентальний блок, а в останній чверті ХХ ст.почалося освоєння дна Світового океану. У зв'язку з цим доречно розглянути,які перспективи майбутнього освоєння рудних ресурсів океану. Різнимаспектам проблеми присвячено безліч публікацій. Ми торкнемося лише самиххарактерних сторін складу і формування океанських рудоносних відкладень.

Історія дослідження

Початкові відомості про рудних утвореннях на дні відкритого океану булиотримані під час проведення перших в історії світової науки комплексноїокеанологічній експедиції на англійському судні "Челленджер",що тривала майже чотири роки (1872-1876).

18 лютого 1873 при проведенні драгіровкі в 160 милях на північний західвід Канарських островів з дна були підняті чорні округлі жовна --залізомарганцевих конкреції, що містять, як показали вже перші аналізи,значна кількість нікелю, міді та кобальту. Щоправда, дещо раніше, у
1868 р., під час експедиції М. Норденшельд на шведському судні "Софія",схожі конкреції були підняті з дна Карського моря, а ця знахідказалишилася практично непоміченою.

Протягом декількох десятиліть після експедиції "Челленджера"конкреції знаходили регулярно майже всі наступні експедиції, які одержувалидонні проби, і починаючи з 60-х років ХХ ст. стали з'являтися обгрунтованіприпущення про глобальний характер залізомарганцевих оруденення на дніокеану. Так, за розрахунками Д. Меро, загальні ресурси залізомарганцевих конкреційна дні Тихого океану досягають 1.66 · 1012 т.

Розповсюдження, склад і генезис рудних утворень

залізомарганцевих конкреції, широко розповсюджені на дні Світовогоокеану, максимально зосереджені в декількох рудних полях, в межахяких вони розподіляються нерівномірно, хоча на деяких ділянкахконкреції покривають понад 50% площі дна. У їх мінеральному складідомінують гідроксиди марганцю (тодорокіт, бернессіт, Бузер, асболан) ізаліза (вернадіт, гематит, фероксігіт), з ними пов'язані всі преставляющіеекономічний інтерес метали.

Поширення залізомарганцевих конкрецій, збагачених рудними металами.

Хімічний склад океанських конкрецій вкрай різноманітний: в тих чиінших кількостях присутні практично всі елементи періодичноїсистеми. Для порівняння в таблиці 1 наводяться середні змісту головнихрудних елементів у морських залізомарганцевих конкрецій і в глибоководнихпелагічних опадів.

Співвідношення середніх змістів хімічних елементів

в залізомарганцевих конкрецій (ЖМК) і глибоководних опадах океану.

Проблема генезису залізомарганцевих конкрецій пов'язана з проблемоюшвидкості їх росту. Згідно з результатами датування конкрецій традиційнимирадіометричних методами, швидкість їхнього зростання оцінюється за міліметрамимільйон років, тобто набагато нижче швидкостей відкладення опадів. За іншимиданими, зокрема за віком органічних залишків і за ізотопнимскладу гелію, конкреції зростають у сотні і тисячі разів швидше і можуть, якприпускають, опинитися молодше підстилаючих опадів.

Для підтвердження першої точки зору потрібно пояснити, чомуконкреції не перекриваються відносно швидко накопичуються опадами,для підтвердження другий - звідки за відносно короткий час надійшлаколосальна маса марганцю, необхідна для формування конкрецій вмасштабах усього океану.

У першому випадку пропонувався ряд пояснень, наприклад: активністьперевертає конкреції донних організмів, вплив придоннихтечій, що підтримують конкреції "на плаву", тектонічні поштовхи,струшують донні відкладення. Для обгрунтування другої концепції найбільшзручна гіпотеза посиленою поставки в позднечетвертічний океангідротермального марганцю, проте конкретні докази подібногоявища поки не наводилися. У будь-якому випадку конкреції сформувалися зарахунок надходження рудного матеріалу з підстилаючих опадів, про щосвідчить кореляція середніх змістів в них різних елементів.

До цих пір ми фактично не знаємо звідки беруться метали, пов'язані взалізо-марганцевих відкладеннях (ЖМО), який механізм формування конкрецій,швидкості їх росту та ін І хоча досліджень на ці теми опубліковано багато,можливо тисячі, включаючи капітальні монографії, проте як і ранішезберігається дискусійною і невизначеність у багатьох питаннях. Можетрапитися, що видобуток конкрецій і рудних корок (з підводних піднять)почнеться раніше, ніж будуть з'ясовані кардинальні питання їх походження іролі у океанської середовищі. Адже відомо, що збагачений ЖМО ціннимиметалами пов'язана з їхньою високою сорбционной активністю, а це означає, щоїх роль у підтриманні рівноваги в складі морської води величезна, іособливо, в умовах різкого збільшення антропогенних і техногенних скидівв океани. Проблеми

геохімії ЖМО

Здавалося б, що сама назва океанських руд свідчить прогеохімічної близькості властивостей Fe і Mn, що формують загальні стяженія. Це жвипливає з сусідства їх у таблиці Менделєєва. Проте, ще В. І. Вернадськийписав, що в природі в зоні гіпергенеза (кора вивітрювання) немає жодногозалізо-марганцевого мінералу. Більшість Mn родовищ на суші,особливо великих, має осадочні походження. Fe-і Mn-рудніродовища нерідко супроводжують один одному, але завжди розділені вчасі і просторі. Це пов'язано з різницею в величинах стандартнихпотенціалів окислення - більш низькому для Fe і - високому для Mn. Томуокислення Fe у природній обстановці відбувається легше і швидше, ніж Mn івоно раніше утворює твердофазним з'єднання.

Важливо відзначити, що в океанській середовищі Fe утворює власні мінералиабо входить до складу інших (глинистих) як в окисленої, так і ввідновленої (безкисневому) осадовою товщі. Mn ж у твердій фазітут може існувати тільки в окисних умовах у формі вільнихгідроксидів у вищій ступені окислення, близької до MnO2, але ця межа якправило не досягається через сорбційного зв'язування гідроксидом деякогокількості MnO (зазвичай 1-2%), за рахунок окислення якого поступовонарощується його власна фаза. Тому точніше складу гідроксидіввідображає формула: nMnO · MnO2 · mH2O. У відновлених опадах це з'єднаннярозчиняється, відновлюючись до двовалентного стану (MnO), імігрує до їх поверхні в бік кисневмісної середовища. Саме цевідбувається в окраїнних районах океанів, де швидкості накопичення опадіврічкового стоку великі і це створює відновні умови в їх товщі. Засуті, окраїнні райони океанів є "фабрикою", що поставляє Mn і,в меншій мірі, Fe в океан. "У меншій мірі" означає не абсолютнакількість Fe, а той факт, що частина його, що надійшла з річковим стоком,зв'язується у відновленому осаді у формі сульфідів або входить до складуінших мінералів і виводиться з океанського рудогенеза. Це - перший етапподілу цих металів у океані. У класичних працях Н.М. Страховапоказана подальша доля цих та інших металів в океані і їх накопиченняфаціальних в сприятливих умовах (високий вміст розчиненогокисню, низькі швидкості седиментації), які відповідаютьглибоководним - пелагічним областям океанського дна, де і формуютьсянайбільші концентрації конкрецій. Аналогічні умови виникають і навершинах підводних оголень, не перекритих осадом, незалежно від їхмісця розташування в океані. У таких випадках нерідко формуються рудні корки,рисою яких є збагачення Со, тому вони називаютьсякобальтоноснимі.

В останні роки стала особливо очевидною висока мобільність самогоокеанського дна, при якій реалізується ендогенна (внутріземная) енергія --це і процеси спредінга (розсовуючи) у океанічних хребтах і пов'язана зними активізація вулканічної діяльності, нерідко супроводжуєтьсягідротермальної діяльністю, процеси субдукції та ін Всі вони для ЖМОє згубними, тому що супроводжуються різким підвищенням температури,зниженням вмісту кисню в морській воді, а нерідко і виливамикислих і відновлених гідротермальних флюїдів. У таких умовах ЖМОрозчиняються і збагачують відповідний обсяг морської води що містилисяв них металами. При кожному подібному подію частина Fe залишається пов'язаної внерозчинних формах мінералів у осадовою товщі, а Mn мігрує вокисну середу морської води, де відбувається його регенерація
(перевідкладеного), особливо інтенсивна в зоні геохімічного бар'єру накордоні двох несумісних середовищ.

Таким чином, головне геохімічне відмінність між Mn і Fe в океанізводиться до розмаїття мінеральних форм, в яких Fe виводиться зрудогенеза, осідаючи як в окисних, так і відновлювальнихумовах, в той час, як Mn може знаходитися в твердофазної - гідроксіднойформі тільки в окисленої середовищі. Mn має замкнутий кругообіг в океані, ів ході геологічної історії, багато разів може переходити з розчиненогостану в твердофазної і навпаки, залежно від змін у складіморської води, і кожного разу при цьому втрачає частину раніше пов'язаного з ним Fe,що приводить до відносного збагачення ЖМО марганцем. Наскільки різковідбудеться це поділ залежить від геологічного часу перебування Mn вокеані.

Таким чином, Mn значно більшою мірою, ніж Fe, пов'язаний згідросферою і доля його повністю контролюється змінами у фізико -хімічних параметрах морської води (Еh, рН та ін.) Для сучасного океануендогенні прояви мають вузько локальний характер, і їх наслідки швидконейтралізуються незрівнянно великими масами окисленої морської води.
Життєздатність відновлених гідротермальних флюїдів залежить відтривалості функціонування живлять їхніх джерел, в окремих випадкахце може продовжуватися тисячі або десятки тисяч років, але й ці величини нейдуть ні в яке порівняння з многомілліоннолетней історією окиснорудогенеза в океані, кінцевим результатом якого є колосальненакопичення Mn.

Короткий огляд особливостей геохімії Mn в океані дозволяє зрозуміти,чому причини накопичення Mn слід шукати не в джерелах йогобезпосередньої поставки в океан, а в поєднанні фаціальні-сприятливихумов для його відкладення і геологічної тривалості існування
Океану на Землі.

Про перспективи освоєння рудних ресурсів

Ідея освоєння рудних ресурсів океану виникла на базі значнихдосягнень в області досліджень океанського дна, що проводилися провіднимисвітовими державами в епоху холодної війни та активної конкуренції запріоритет у освоєнні океану як стратегічного простору. Природно,що ця ідея отримала підтримку керівництва кожної з конкуруючих сторін,оскільки руди марганцю та кобальту розглядалися як стратегічнесировину. В океані були проведені сотні спеціалізованих рейсів науково -дослідних суден США, СРСР, а також Індії, Японії, європейськихкраїн, Австралії, Новій Зеландії і ПАР. Було отримано та обробленонебачена раніше кількість нової інформації про рудному потенціал океану
(табл. 2), на що було витрачено, за орієнтовною оцінкою, близько 4 млрддол

| Атлан | | | Інді | | | | | | Тихий | | |
| тічес | | | йскі | | | | | | океан | | |
| кий | | | й | | | | | | | | |
| океан | | | океан | | | | | | | | |
| | | | Н | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | |
| | | | Запа | | | | | | | | |
| | | | Дная | | | | | | | | |
| | | | Част | | | | | | | | |
| | | | Ь | | | | | | | | |
| | | | Сх | | | | | | | | |
| | | | Очна | | | | | | | | |
| | | | Я | | | | | | | | |
| | | | Част | | | | | | | | |
| | | | Ь | | | | | | | | |
| Площа | Mn | Ресурси | Площ | M | Ресурси | Площа | M | Ресурси | Площ | M | Ресурси |
| дь в |/F | Mn в | Адь | n | Mn у | у | n | Mn в | Адь | n | Mn в |
| тис.к | e | млн.т. | у |/| млн.т. | тис.км2 |/| млн.т. | у |/| млн.т. |
| м2 | | | тис. | F | | | F | | тис. | F | |
| | | | Км2 | e | | | e | | км2 | e | |
| | | | | | | | | | | | |
| 320 | 0, | - | 202 | 0 | 206 | 615 | 1 | 2070 | 8094 | 1 | 12014 |
| | 98 | | |, | | |, | | |, | |
| | | | | 8 | | | 9 | | | 6 | |

Площі розповсюдження ЖМО в океанах і оцінка прогнозних ресурсів Mn в рудних полях

Одночасно вирішувалися й інші аспекти цієї проблеми - технічні,правові, екологічні, економічні.

Технічні проблеми полягають у способах видобутку, транспортування тапереробки. З різних методів розробки залізомарганцевих конкрецій іфосфоритів найбільш перспективні гідропод'емний і ерліфтний (підйом здопомогою стисненого повітря). Для транспортування сировини передбачалосявикористовувати звичайні суховантажні судна. Переробка конкрецій і корокметодами піро-і гідрометалургії була успішно випробувана на рядіпідприємств США та колишнього СРСР.

Правові питання, що виникли у зв'язку з передбачуваними добувнимироботами в міжнародних водах, були вирішені шляхом створення при ООН
Підготовчої комісії Міжнародного органу з морського дна, якабула уповноважена видавати ліцензії на заявочні ділянки. Найбільшперспективна для видобутку конкрецій зона Кларіон-Кліппертон була поділенаміж кількома заявниками - державними організаціями іміжнародними гірничорудними консорціумами. Багато поклади рудних корок,особливо в центральній частині Тихого океану, опинилися в межах 200 --мильних економічних зон острівних держав, які володіютьмонопольними правами на їх освоєння.

Розподіл заявлених ділянок на розробку залізомарганцевих конкреций в зоні Кларіон-Кліппертон. A - Ocean Mining

Assoc. (Міжнародний консорціум); J - Ocean Management Inc. (Японія); O -

Ocean Minerals Co. (США); K - Kennecott Consort (Канада); I - Ocean Mining

Inc. (міжнародний консорціум); C - COMRA (Китай) R - Южморгеологія

(Россия), P-InterOCEAN Metal (колишні країни РЕВ); чорним кольором показані ділянки французької асоціації AFERNOD, сірим - резервні площі

Міжнародного органу з морського дна.

Екологічні проблеми, пов'язані з порушенням середовища як на дні, так ів фотіческом горизонті водної товщі, передбачалося вирішити шляхоммінімізації взмучіванія придонного шару, а також висновком продуктів промивкиконкрецій з борту судна на глибину кількох сотень метрів на спеціальнетрубопроводу.

Нарешті, найбільш критична проблема, що стала першорядною, --рентабельність підприємства в цілому. Ще наприкінці 70-х років було підраховано,що капітальні витрати на створення виробничого комплексу з видобутку іпереробки 3 млн т конкрецій на рік складуть 1.5-2 млрд дол При цьомудоходи на вкладений капітал - 8.5-9.5%, а чистий прибуток після вирахуванняподатків - лише 3-4.5%. З урахуванням нестабільності океанської середовища,мінливості ситуації на ринках збуту, а головне, при відсутностістратегічного стимулу, такий економічний ризик не виправданий.

Але працювали в цій галузі фахівці вважають, що накопичений досвідз освоєння підводних родовищ необхідно ретельно зберігати іпримножувати, щоб негайно його реалізувати у випадку зміниекономічної ситуації в світовій економіці і технологіях, що можуть викликатипідвищення цін на чорні та кольорові метали.

Висновок

Відкриття на дні океану близько 130 років тому залізомарганцевих конкреційі фосфоритів було першим свідченням зосередження в океані руднихресурсів. Бурхливий прискорення досліджень рудного потенціалу океану почалосяв 60-70-х роках минулого століття в ході конкуренції світових держав заосвоеніе стратегічного простору і стратегічної сировини. По ресурсахдеяких видів рудної сировини океан не поступається континентах. Це відноситьсяв першу чергу до кобальт-марганцевих рудним кірка і фосфоритами, а вперспективі, мабуть, і до сульфідів.

Результати виконаних до теперішнього часу пошуково-розвідувальних робіт,технічних і технологічних випробувань свідчать про практичнуможливості освоєння рудних ресурсів океану, включаючи забезпеченнявідповідних природоохоронних заходів.

Проте відновлення цього комплексу робіт, припинених зараз взв'язку зі зміною політичної ситуації в світі, відбудеться лише припідвищення економічної конкурентоспроможності океанського рудної сировини зпорівнянні з континентальним, вартість якого зростає в міру виснаженнянаявних ресурсів.

Список використаної літератури

1. Батурин Г.М. Рудний потенціал океану// Природа № 5 2002р.

2. Базилевская Е.С., Пущаровскій Ю.М.// Російський журнал наук про Землю,

1999, т.1, № 3, 205-219.

3. Гурвич Е.Г. Металоносних опади Світового океану. М., 1998.

4. Ресурси WWW