海底謎團

　　想必是創世之初，上帝童心大發，和我們開了個玩笑：他趁大洪水時，把大批金屬“土豆”撒在洋底；但又不說破，笑瞇瞇地看著我們何時才能采用。這些“土豆”，就是神秘的海底錳團塊。
　　1873年，英國“挑戰者號”科學考察船在加那利群島海面調查時，偶然從網中揀出幾塊锃亮的“黑色鵝卵石”。船上的科學家都不知道這是何方神圣，它們被大英博物館當作奇珍收藏。9年后，英國科學家約·雷默和雷納經化驗，確認它們是硅酸鹽、高錳酸鹽和多種氧化物的混合體。但不少地質學家仍不以為然，認為那不過是載有錳礦石的船只偶然沉沒的遺物。直到1959年，美國科學家約翰·梅羅發表了有關它們的系統的分析報告，“錳結核”或“多金屬結核”才被人們刮目相看。更嚴格地說，此類礦物應分為錳鐵結核和錳鐵結殼兩種，通稱為錳團塊。
　　現在我們知道，各大洋1～6千米深的海床上，錳團塊的分布相當廣泛。它們是些不規則的團塊，有的光滑如扁球，有的多孔如爐渣，有的狀如葡萄，有的覆蓋如被狀。小的如沙礫，大的如土豆，超大的幾噸重。
　　那可是一筆讓人眼紅耳熱的超級財富，總儲量估計在3萬億噸以上。按照目前人類的消耗水平，其中的銅、鎳、錳、鈷等分別可用600年～13萬年不等。
　　然而，錳團塊又身處重重謎霧之中，讓我們不斷探尋。
　　
　　成因之謎
　　
　　錳團塊究竟因何生成?這是第一個不解之謎。
　　對此，智者見智仁者見仁，有多種不同的解釋和假說。但是，又皆不能自圓其說。此類假說有：
　　生物攝取說有人用電子掃描顯微鏡觀察錳結核的表面和內部，發現其細微結構中包括很多空管和微孔隙，這些管、孔均由大量底棲微生物構成。科學家據此猜測，是這些底棲微生物攝取了海中大量的二氧化錳等氧化物，日積月累形成了這些錳結核。
　　錳結核內常發現碎骨、牙齒等，有人便認為這正如珍珠和蚌殼的生長，佐證了生物成因說。不過，錳團塊不僅儲量巨大，還在不斷生長——全球每年大約增長1000萬噸！這些小小的微生物，難道真有如此巨大的“生產力”嗎？
　　水成沉積說這種假說認為，海水中溶解的錳和鐵本就處于飽和狀態，由于降水和河流的沖蝕，地表的礦物質又被沖入海內。過飽和的錳、鐵等金屬元素不斷增加，導致了膠體狀含水氧化物的沉淀。沉淀后由于成巖和催化作用及靜電引力，多方吸附錳、鐵等金屬離子及多種氧化物極性分子，錳離子和二氧化錳等就不斷聚集，并與巖屑、土塊、生物遺骨等形成結核體沉到海底。隨后便像滾雪球一樣越滾越大，最終形成了大小不等的錳團塊。
　　然而，令人不解的是：錳在海水中的含量微乎其微，1升海水里僅溶解有0.00002克，為什么卻會在錳團塊中獨占鱉頭呢?
　　氣體凝聚說火山爆發時會產生大量氣體。氣體從熔巖中析出時，又伴隨著大量的錳、鐵、銅及其他微量金屬進入海水。這種假說認為，這些微量金屬大多數呈溶解的絡合物或離子態。它們進入海水后，先沉淀出鐵的含水氧化物，進而由于靜電作用，凝聚、富集液相中的錳和其他金屬離子，最終形成了錳團塊結構。
　　對此，又有人質疑說：事實上，很多非火山活動的海域內，也存在著大量的錳團塊，這又如何解釋呢？
　　熔巖凝固說這種假說認為，海底火山噴發時，由于巨大的壓力和溫差（巖漿溫度高達1000℃以上，深海水溫一般只有4℃左右），飛濺、爆炸的高溫巖漿遇到冰冷的海水，迅速冷卻凝固成礦物質顆粒，亦即錳結核。由于最早凝固的較小顆粒下落時，再次受向上噴發的巖漿的推動，外層又被黏上一層凝固的巖漿。如此反反復復，錳結核內就形成了一層層的同心結構。
　　但是，許多錳結核內包裹著小塊的動物骨骼、牙齒等等。也就是說，它們在溫度高達千度以上的巖漿中竟能無燒損全身而退。又是為什么呢？
　　
　　物質來源之謎
　　
　　且不說成因，更神秘的是這些錳團塊還在不斷“生長”。利用同位素測定，科學家得知其平均增長速率為每百萬年幾毫米至幾厘米。以此估算，全球每年竟增長1000萬噸，簡直取之不盡。那么，這些成礦物質究竟來自何處？這是第二個不解之謎。
　　其實，成因和成礦物質的來源息息相關。主張生物攝取說的科學家認為來自海水；主張水成沉積說的科學家認為來自地表和海水；主張氣體凝聚說或熔巖凝固說的科學家則認為來自地幔。于是就產生了海水說、地表說和地幔說三種來源。不過，三種說法都不能服人。
　　海水說認為，海水本身是鹽類溶液，含有各種金屬元素。所以，成礦物質主要來自海水；此外，也有沉積物成巖因素的貢獻?？墒?，海水中除水之外的主要成分是氯、鈉、鉀、鎂、鈣、硫、碳、氟、硼等常量元素，錳屬于微量元素，實在是微乎其微。這么一點點錳，竟成了錳團塊的主角，實在是令人匪夷所思。
　　地表說認為，大陸或島嶼上的巖石風化后，分解出了各種金屬及其氧化物；它們被雨水或河流沖入海洋，成為錳團塊的主要物質來源?？墒?，地表（巖石圈）中的主要元素是氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂。錳僅僅是地殼中的微量元素，天然風化量每年為380萬噸，向海洋輸送的只有30萬噸。而錳團塊每年明明增長1000萬噸，地表說對此又該做何解釋？
　　地幔說認為，海底火山活動和熔巖噴發時的熔巖和氣體為錳結核提供了所需的各種金屬元素。然而，上地幔亦即巖漿中含量最多的金屬元素依次為氧、硅、鋁、鐵、鈷、鈉、鉀、鎂，錳的含量實在少之又少。氧化物的含量依次為：二氧化硅45.16％、氧化鎂37.47％、氧化亞鐵8.04％、氧化鋁3.54％、氧化鈣3.08％、氧化鈦0.71％、氧化鈉0.51％、氧化鐵0.46％、氧化鉻0.43％、氧化鎳0.2％，氧化錳僅占0.14％。而錳結核中最多的卻是錳。豈非咄咄怪事？
　　因此，上述三種來源說各有道理但又都有失偏頗。把它們合三為一、相輔相成，就圓滿了。換句話說，錳團塊中的元素很可能是大自然從地幔的熔巖和氣體、地表的沖蝕物以及海洋的沉積和溶解物中選擇富集而來的。
　　至于究竟是以何種方式富集的，人類至少目前還不得而知。
　　
　　形態分布之謎
　　
　　前面已經提到，錳團塊分為錳鐵結核和錳鐵結殼兩種。奇怪的是，不但這兩者的形態、結構和分布大不相同；就是同一種礦物，也有較大差異。
　　錳鐵結核的礦物主要為水羥錳礦（δ- MnO2）、鋇鎂錳礦和鈉水錳礦；錳鐵結殼則主要是水羥錳礦。
　　錳鐵結核主要由錳鐵氧化物、氫氧化物外殼和核心兩部分構成。有裸露形、半埋藏形和埋藏形三種形態。海底的老結核碎塊、巖屑、黏土塊和生物遺骨、牙齒等，皆可成為其核心。其內部有生長構造和生長間斷構造兩種。錳鐵結核的生長構造中，微紋層交替，呈現出典型的韻律性；又有平行紋層、柱狀、多核同心圓和斑雜多種紋層。不過，它們大都像樹木年輪一樣為層層環繞的同心結構。生長間斷構造常為薄薄的黏土夾層或其他明顯不同的夾層，又將整個結核分為兩到三個大層級。
　　錳鐵結殼則有被狀、類球狀和礫狀三種，表面形態以光滑狀為主，但也常見粗糙狀及瘤狀突起等。前者由錳鐵氧化物氫氧化物直接沉淀在海山裸露基巖上，形成被狀的連續覆蓋。類球狀的外部形態和核心類似結核。后者亦呈結核狀，個體較大，但其核心主要是巖石碎塊。形態與核心巖石碎塊的大小和形狀有關。其內部也分為生長和生長間斷構造，生長間斷構造為淡黃色磷酸鹽薄層。
　　錳鐵結核主要分布于各大洋4000～5000米的深海中。以北太平洋分布面積最廣，儲量占全球一半以上，約為1.7萬億噸。尤其是北緯6度到北緯20度、西經110度到西經180度之間寬約200千米、面積約1080萬平方千米、水深3200～5900米的海底，75％以上被錳結核覆蓋。密集之處，每平方米面積上就有100多千克，因此被日本人譽為“錳結核之銀座”。大西洋的德雷克海峽和斯科特海以及北大西洋西南海域、印度洋中的許多深海盆地，也都有錳結核密布。
　　錳鐵結殼則主要產出于海底的高地、高原、陡坡和階地上，一般分布于水深1000～3000米之間。其中被狀結殼主要分布在海山斜坡上部及臺地等較淺處；類球狀結殼主要分布在海山坡腳深水區及平頂海山頂部有沉積物覆蓋的淺水區域；礫狀結殼主要產出于核心巖石剝落處及其附近。
　　
　　成分差異之謎
　　
　　在錳團塊中，目前發現的元素有80余種，幾乎囊括了周期表中自然界存在的全部元素。其中包括27％～30％的錳，約6％的鐵、5％的硅和3％的鋁，還有1.25％～1.5％的鎳、1％～1.4％的銅、0.2％～0.25％的鈷等30多種金屬，彌足珍貴。
　　然而，其化學成分又因種類、產地和水深等因素而差異巨大。其原因無人能解釋清楚，這又是一個不解之謎。
　　比如說，結核中錳、鐵、銅、鎳、鈷、REEs（稀土元素）等已經高度富集；但結殼中鈷、鉑、REEs、磷灰石的含量則更為集中，而錳、鎳和鈷等明顯降低。在美國約翰斯頓島附近海域，有些結殼的磷灰石含量高達50％以上。
　　再比如，與大西洋和印度洋相比，太平洋的結核和結殼中有用金屬的品位最高。在800～1300米的水深范圍內，結殼中鈷的含量高；而在4800 ～5400米水深范圍內，結核中的鎳、銅含量高。在相對年輕的薄結殼層中，鈷較富集；而在相對較老的厚結殼層中，鉑更富集。
　　這究竟是何原因？迄今無人能說得清楚。
　　其實，關于錳團塊的謎題可謂數不勝數。諸如：上帝為何厚太平洋而薄大西洋、印度洋？結核為何常與海底軟泥共生？為何此海山結殼而彼海山不結殼？等等。
　　錳團塊恰如海底的一個個謎團，正等著人們一一破解。上帝依然在笑瞇瞇地看著我們呢！
　　【責任編輯】趙 菲