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。