南鸟礁周围发现高密度铁锰结核矿田

2010年5-6月及2016年4月的航次,在南鸟礁周围深5500-5800m的海底发现了高密度铁锰结核矿田,同时又在海底山斜坡处发现了一个分布规模较小的富钴铁锰结核矿田。该发现有助于稀土海底成矿的研究。

由日本海洋科技中心(JAMSTEC,会长Asahiko Taira)、东京大学(校长MakotoGonokami)及千叶工业大学(校长KazuhitoKomiya)共同领导的一个研究小组在2010年5?6月及2016年4月的航次研究期间,在南鸟礁周围(图2)东南部深5500?5800m的海底发现了一个高密度铁锰结核矿田[1](图1)。这是该区域有史以来规模最大的矿田,同时又在海底山斜坡处发现了一个分布规模较小的富钴铁锰结核[2]矿田。

图1 a)南鸟礁位置; b)南鸟礁周围的海底地形

图2 海床上高密度的铁锰结核矿田(照片拍摄于2016 年)

同时,多道-窄波束回声测深系统在检测该区域的铁锰结核过程中起到了非常重要的作用。继2010年航次之后,在深海6500潜水器的深潜过程中,在随后的2016年利用该系统测出的高强度反射确定了铁锰结核的存在,发现了大面积的大密度铁锰结核(图3)矿田。这说明多道-窄波束回声测深系统在掌握铁锰结核分布方面是一种有效且低成本的方法。

图3  海底声波反射率分布:a)东部地区;b)南鸟礁周围的南部和东南部地区。红五星表示2010 年及2016 年的深潜位置

图4  南鸟礁周围、夏威夷近海铁锰结核及拓洋第五海底山铁锰结壳之间的成分对比

图5a)2010年采集铁锰结核样品的垂直剖面图;b)左图为右侧2016年所采样品的横截面扫描(由X射线CT测定)。L0、L1和L2代表结核中成分不同的层,根据Machida等的定义(2016)进行划分

图6 依据研究成果推断三种氧化矿物资源间成因关系图解

此外,可以清楚地认为:(1)、南鸟岛地区铁锰结核的化学成分与铁锰结壳相同,包括钴、镍、铜和钼等具有经济价值的金属;(2)、铁锰结核的分布区超覆在广泛沉积的富稀土元素和钇元素软泥[3]之上。然而,铁锰结核、铁锰结壳和富稀土元素和钇元素软泥的成因通常都是分开讨论的,说明铁锰结核有可能成为以一个全方位理解其成因的线索。采集到的样品将做进一步的分析,进而阐明日本周边这三种氧化矿物资源的成因。

上述研究结果发表在日本地球化学协会(JST)于2016年8月26日发行的《地球化学》期刊之上。

[1]铁锰(Fe-Mn)结核通过离子交换反应而形成,其中的矿物组分从海水及沉积物孔隙水中析出。

[2]铁锰(Fe-Mn)结壳,类似于锰结核,多位于海底火山斜坡,其金属层的组成为铁与锰的氢氧化物。矿产资源包含丰富的钴资源而具有重要的价值,也通常被称为富钴结壳。

[3]富稀土元素和钇元素软泥是包含高浓度稀土元素和钇元素(REY)的深海沉积物。它的主要成分是鱼骨骼残骸如鱼骨和牙齿、氧化铁和氧化锰。

姚翔 译自:Dense Field of Ferromanganese Nodules Found in Japanese Exclusive Economic Zone around Minamitorishima Island, http://www.jamstec.go.jp/e/about/press_release/20160826/。(代金友 审)

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