深海探“寶”

李佳玲 尹婷婷

科學(xué)家如何深海馭“龍”尋寶？可自動(dòng)行駛至最大水深514米的智能采礦車——“鯤龍500”長(zhǎng)什么樣？它是如何工作的？本期《走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室》欄目，放學(xué)君帶領(lǐng)同學(xué)們來(lái)到深海礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室海洋科技中心，去一探究竟。

海底藏了什么“寶”

走進(jìn)以藍(lán)為主色調(diào)的海洋科技中心，同學(xué)們仿佛置身蔚藍(lán)的大海，好奇地四處觀察著。

“同學(xué)們，我們實(shí)驗(yàn)室作為深海礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用領(lǐng)域唯一的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，主要負(fù)責(zé)海底礦石的采集、輸送、加工以及裝備的研制。”海洋科技中心的李青老師熱情地走到大家身邊，為同學(xué)們講解起來(lái)。

跟隨李老師的腳步，大家來(lái)到一面可操控的大屏幕前，屏幕上藍(lán)綠相間并不停變化的畫(huà)面吸引了同學(xué)們的注意。“這是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海洋氣象的嗎？”“綠色的是什么呢？風(fēng)速？”同學(xué)們你一言我一語(yǔ)，好奇心爆棚。李老師笑了，指著藍(lán)色區(qū)域說(shuō)：“這就是國(guó)際礦區(qū)，礦產(chǎn)資源聚集的地方，這片礦區(qū)處于兩個(gè)斷裂帶之間，所以非常適合錳結(jié)核的生長(zhǎng)。”

“什么是錳結(jié)核？”同學(xué)們紛紛小聲討論著。“海洋是人類的巨大寶庫(kù)，蘊(yùn)藏著大量的資源，除海水中氫、氧、氯、鈉、鎂、鈣、鉀、金、鈾、溴、碘等80多種元素外，海底礦產(chǎn)資源亦極為豐富。海灘中的砂礦、磷鈣石和海綠石，深海底的錳結(jié)核和重金屬軟泥以及基巖中的礦脈等統(tǒng)稱為海底礦產(chǎn)。目前，我們比較關(guān)注5種深海海底礦產(chǎn)資源，分別是錳結(jié)核（多金屬結(jié)核）、多金屬硫化物、富鈷結(jié)殼、富硒土的沉積物以及天然氣水合物。”

心中的疑惑得到了解答，同學(xué)們的臉上掛滿了笑容。

“海底土豆”是什么

走近礦產(chǎn)資源展臺(tái)，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)桌上擺放著大小不一、形狀各異的礦物質(zhì)，定睛一看，分別是錳結(jié)核、富鈷結(jié)殼、海底熱液硫化物，鎂化物和稀土。

“這4種礦產(chǎn)資源分布的底質(zhì)層是不同的，例如富鈷結(jié)殼和硫化物是分布在海山和洋中脊的位置，而錳結(jié)核則平鋪在海床上。”這時(shí)，李老師的講解被一名同學(xué)打斷，她驚訝地指著錳結(jié)核說(shuō)：“這有點(diǎn)像個(gè)小土豆啊！”李老師聽(tīng)罷笑著說(shuō)：“錳結(jié)核就是半裸在海底稀泥地質(zhì)表面的一種表面礦，學(xué)術(shù)上叫二維礦，它看上去像土豆半埋在稀泥里面，因此我們又稱它‘海底土豆！”同學(xué)們聽(tīng)了這個(gè)“巧妙”的比喻笑得直不起腰來(lái)。

“有些多金屬結(jié)核‘皮膚很平滑，貌似雞蛋或土豆；也有些‘皮膚很粗糙，凹凸不平，貌似葡萄或花菜，別看它們其貌不揚(yáng)，卻含有錳、鐵、鎳、鈷、銅等30多種稀土元素或金屬元素，可謂黑色寶藏！”李老師告訴大家，面臨地面資源慢慢枯竭的形勢(shì)，我們不能再去過(guò)度開(kāi)采地面資源，所以向深海進(jìn)軍是很有必要的，有了這個(gè)前提，我國(guó)就開(kāi)始了深海開(kāi)采的工作。

鯤龍500，由湘出海

“鯤龍500！”一名同學(xué)看到帥氣的采礦車模型后激動(dòng)地喊道。

“對(duì)！這就是‘鯤龍500采礦車的模型，那么大家知道它為什么叫這個(gè)名字嗎？”李老師不著急講解，而是拋出了一個(gè)問(wèn)題。見(jiàn)大家撥浪鼓似的搖起了頭，李老師這才笑著說(shuō)：“‘鯤龍500是我國(guó)第一臺(tái)采礦車，它首次下采的深度為500米，為了紀(jì)念這一數(shù)據(jù)，我們便給它取了這個(gè)名字。”

“‘鯤龍500的外形可謂高大威猛，非常像陸地上施工用的大鏟車。與鏟車前端的鏟斗不同的是，它的前面是一個(gè)采集頭，行走中可以將海底的錳結(jié)核收入囊中，然后再輸送至位于車體中部的料倉(cāng)里。”李老師告訴大家，海底泥質(zhì)非常松軟，采礦車在海底行走不同于陸地，就像走在沼澤中，稍有不慎就會(huì)陷進(jìn)去。因此，研究人員對(duì)“鯤龍500”車身底部做了“船心底”形狀的設(shè)計(jì)，可有效阻止履帶下陷，進(jìn)而減少阻力，還將履帶設(shè)計(jì)成可上下升降的模式，這樣就能調(diào)整與車身的相對(duì)位置，一旦車身陷入海底，可通過(guò)調(diào)節(jié)履帶將車身從海底“自拔”出來(lái)。另外，研究人員還在車底滑板上設(shè)計(jì)了噴水小孔，通過(guò)水泵噴出的水流將粘在身上的海泥沖掉，從而減少行駛阻力。

繼續(xù)向前，墻上出現(xiàn)了一個(gè)由許多小點(diǎn)組成的五角星，在同學(xué)們好奇打量的目光中，李老師解釋道：“這顆單邊長(zhǎng)度為120米的‘中國(guó)星是‘鯤龍5002018年在南海留下的，它在海底按規(guī)劃的采集路徑，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)行駛模式下的智能采礦作業(yè)，突破了海底稀軟底質(zhì)上行駛、海底礦物水力自適應(yīng)采集、海底綜合導(dǎo)航定位及智能控制等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。”

海底礦區(qū)，要開(kāi)采也要保護(hù)

對(duì)于各國(guó)的科學(xué)研究、勘探開(kāi)發(fā)者而言，深海可是一片寶藏。那么，大海如此遼闊，它歸誰(shuí)管呢？是否誰(shuí)都可以隨意開(kāi)采礦石呢？

對(duì)此，李老師給出了答案：國(guó)際海底管理局便是負(fù)責(zé)管理國(guó)際海底區(qū)域及其資源的權(quán)威組織，不論是誰(shuí)想要進(jìn)入礦區(qū)進(jìn)行勘探或開(kāi)采，都必須先經(jīng)過(guò)該局的準(zhǔn)許，通過(guò)答辯之后才有資格簽署合同，從而進(jìn)行勘探與開(kāi)采。

“深海采礦會(huì)破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)嗎？”一名同學(xué)提問(wèn)。

“存在一定潛在影響，但這些影響也能通過(guò)科學(xué)評(píng)估和采取相應(yīng)緩解措施而得以降到最小。”李老師說(shuō)，首先，人們可以選擇較為堅(jiān)固的海域環(huán)境進(jìn)行開(kāi)采。其次，采用封閉循環(huán)的海底采礦系統(tǒng)，將尾礦封存。同時(shí)，設(shè)置隔離區(qū)，限制開(kāi)采海域和強(qiáng)度。最后，開(kāi)采后進(jìn)行海域生態(tài)修復(fù)，促進(jìn)生物多樣性恢復(fù)。當(dāng)然，如何綠色環(huán)保地進(jìn)行海底工業(yè)采礦將是全人類長(zhǎng)期研究的關(guān)鍵問(wèn)題。

“是啊，海底礦區(qū)要開(kāi)采，也要保護(hù)呀！”聽(tīng)完李老師的講解，同學(xué)們紛紛感嘆。

走出海洋科技中心，同學(xué)們對(duì)海洋的向往又增添了幾分。