海底謎團(tuán)

　　想必是創(chuàng)世之初，上帝童心大發(fā)，和我們開(kāi)了個(gè)玩笑：他趁大洪水時(shí)，把大批金屬“土豆”撒在洋底；但又不說(shuō)破，笑瞇瞇地看著我們何時(shí)才能采用。這些“土豆”，就是神秘的海底錳團(tuán)塊。
　　1873年，英國(guó)“挑戰(zhàn)者號(hào)”科學(xué)考察船在加那利群島海面調(diào)查時(shí)，偶然從網(wǎng)中揀出幾塊锃亮的“黑色鵝卵石”。船上的科學(xué)家都不知道這是何方神圣，它們被大英博物館當(dāng)作奇珍收藏。9年后，英國(guó)科學(xué)家約·雷默和雷納經(jīng)化驗(yàn)，確認(rèn)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(zhì)學(xué)家仍不以為然，認(rèn)為那不過(guò)是載有錳礦石的船只偶然沉沒(méi)的遺物。直到1959年，美國(guó)科學(xué)家約翰·梅羅發(fā)表了有關(guān)它們的系統(tǒng)的分析報(bào)告，“錳結(jié)核”或“多金屬結(jié)核”才被人們刮目相看。更嚴(yán)格地說(shuō)，此類礦物應(yīng)分為錳鐵結(jié)核和錳鐵結(jié)殼兩種，通稱為錳團(tuán)塊。
　　現(xiàn)在我們知道，各大洋1～6千米深的海床上，錳團(tuán)塊的分布相當(dāng)廣泛。它們是些不規(guī)則的團(tuán)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(jí)財(cái)富，總儲(chǔ)量估計(jì)在3萬(wàn)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(wàn)年不等。
　　然而，錳團(tuán)塊又身處重重謎霧之中，讓我們不斷探尋。
　　
　　成因之謎
　　
　　錳團(tuán)塊究竟因何生成?這是第一個(gè)不解之謎。
　　對(duì)此，智者見(jiàn)智仁者見(jiàn)仁，有多種不同的解釋和假說(shuō)。但是，又皆不能自圓其說(shuō)。此類假說(shuō)有：
　　生物攝取說(shuō)有人用電子掃描顯微鏡觀察錳結(jié)核的表面和內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)其細(xì)微結(jié)構(gòu)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(gòu)成。科學(xué)家據(jù)此猜測(cè)，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(jié)核。
　　錳結(jié)核內(nèi)常發(fā)現(xiàn)碎骨、牙齒等，有人便認(rèn)為這正如珍珠和蚌殼的生長(zhǎng)，佐證了生物成因說(shuō)。不過(guò)，錳團(tuán)塊不僅儲(chǔ)量巨大，還在不斷生長(zhǎng)——全球每年大約增長(zhǎng)1000萬(wàn)噸！這些小小的微生物，難道真有如此巨大的“生產(chǎn)力”嗎？
　　水成沉積說(shuō)這種假說(shuō)認(rèn)為，海水中溶解的錳和鐵本就處于飽和狀態(tài)，由于降水和河流的沖蝕，地表的礦物質(zhì)又被沖入海內(nèi)。過(guò)飽和的錳、鐵等金屬元素不斷增加，導(dǎo)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(jié)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(tuán)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(huì)在錳團(tuán)塊中獨(dú)占鱉頭呢?
　　氣體凝聚說(shuō)火山爆發(fā)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量氣體。氣體從熔巖中析出時(shí)，又伴隨著大量的錳、鐵、銅及其他微量金屬進(jìn)入海水。這種假說(shuō)認(rèn)為，這些微量金屬大多數(shù)呈溶解的絡(luò)合物或離子態(tài)。它們進(jìn)入海水后，先沉淀出鐵的含水氧化物，進(jìn)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(tuán)塊結(jié)構(gòu)。
　　對(duì)此，又有人質(zhì)疑說(shuō)：事實(shí)上，很多非火山活動(dòng)的海域內(nèi)，也存在著大量的錳團(tuán)塊，這又如何解釋呢？
　　熔巖凝固說(shuō)這種假說(shuō)認(rèn)為，海底火山噴發(fā)時(shí)，由于巨大的壓力和溫差（巖漿溫度高達(dá)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(zhì)顆粒，亦即錳結(jié)核。由于最早凝固的較小顆粒下落時(shí)，再次受向上噴發(fā)的巖漿的推動(dòng)，外層又被黏上一層凝固的巖漿。如此反反復(fù)復(fù)，錳結(jié)核內(nèi)就形成了一層層的同心結(jié)構(gòu)。
　　但是，許多錳結(jié)核內(nèi)包裹著小塊的動(dòng)物骨骼、牙齒等等。也就是說(shuō)，它們?cè)跍囟雀哌_(dá)千度以上的巖漿中竟能無(wú)燒損全身而退。又是為什么呢？
　　
　　物質(zhì)來(lái)源之謎
　　
　　且不說(shuō)成因，更神秘的是這些錳團(tuán)塊還在不斷“生長(zhǎng)”。利用同位素測(cè)定，科學(xué)家得知其平均增長(zhǎng)速率為每百萬(wàn)年幾毫米至幾厘米。以此估算，全球每年竟增長(zhǎng)1000萬(wàn)噸，簡(jiǎn)直取之不盡。那么，這些成礦物質(zhì)究竟來(lái)自何處？這是第二個(gè)不解之謎。
　　其實(shí)，成因和成礦物質(zhì)的來(lái)源息息相關(guān)。主張生物攝取說(shuō)的科學(xué)家認(rèn)為來(lái)自海水；主張水成沉積說(shuō)的科學(xué)家認(rèn)為來(lái)自地表和海水；主張氣體凝聚說(shuō)或熔巖凝固說(shuō)的科學(xué)家則認(rèn)為來(lái)自地幔。于是就產(chǎn)生了海水說(shuō)、地表說(shuō)和地幔說(shuō)三種來(lái)源。不過(guò)，三種說(shuō)法都不能服人。
　　海水說(shuō)認(rèn)為，海水本身是鹽類溶液，含有各種金屬元素。所以，成礦物質(zhì)主要來(lái)自海水；此外，也有沉積物成巖因素的貢獻(xiàn)。可是，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(shí)在是微乎其微。這么一點(diǎn)點(diǎn)錳，竟成了錳團(tuán)塊的主角，實(shí)在是令人匪夷所思。
　　地表說(shuō)認(rèn)為，大陸或島嶼上的巖石風(fēng)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(tuán)塊的主要物質(zhì)來(lái)源。可是，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(fēng)化量每年為380萬(wàn)噸，向海洋輸送的只有30萬(wàn)噸。而錳團(tuán)塊每年明明增長(zhǎng)1000萬(wàn)噸，地表說(shuō)對(duì)此又該做何解釋？
　　地幔說(shuō)認(rèn)為，海底火山活動(dòng)和熔巖噴發(fā)時(shí)的熔巖和氣體為錳結(jié)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(shí)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(jié)核中最多的卻是錳。豈非咄咄怪事？
　　因此，上述三種來(lái)源說(shuō)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(shuō)，錳團(tuán)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(lái)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(tài)分布之謎
　　
　　前面已經(jīng)提到，錳團(tuán)塊分為錳鐵結(jié)核和錳鐵結(jié)殼兩種。奇怪的是，不但這兩者的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和分布大不相同；就是同一種礦物，也有較大差異。
　　錳鐵結(jié)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(jié)殼則主要是水羥錳礦。
　　錳鐵結(jié)核主要由錳鐵氧化物、氫氧化物外殼和核心兩部分構(gòu)成。有裸露形、半埋藏形和埋藏形三種形態(tài)。海底的老結(jié)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(nèi)部有生長(zhǎng)構(gòu)造和生長(zhǎng)間斷構(gòu)造兩種。錳鐵結(jié)核的生長(zhǎng)構(gòu)造中，微紋層交替，呈現(xiàn)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(guò)，它們大都像樹(shù)木年輪一樣為層層環(huán)繞的同心結(jié)構(gòu)。生長(zhǎng)間斷構(gòu)造常為薄薄的黏土夾層或其他明顯不同的夾層，又將整個(gè)結(jié)核分為兩到三個(gè)大層級(jí)。
　　錳鐵結(jié)殼則有被狀、類球狀和礫狀三種，表面形態(tài)以光滑狀為主，但也常見(jiàn)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(xù)覆蓋。類球狀的外部形態(tài)和核心類似結(jié)核。后者亦呈結(jié)核狀，個(gè)體較大，但其核心主要是巖石碎塊。形態(tài)與核心巖石碎塊的大小和形狀有關(guān)。其內(nèi)部也分為生長(zhǎng)和生長(zhǎng)間斷構(gòu)造，生長(zhǎng)間斷構(gòu)造為淡黃色磷酸鹽薄層。
　　錳鐵結(jié)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(chǔ)量占全球一半以上，約為1.7萬(wàn)億噸。尤其是北緯6度到北緯20度、西經(jīng)110度到西經(jīng)180度之間寬約200千米、面積約1080萬(wàn)平方千米、水深3200～5900米的海底，75％以上被錳結(jié)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(yù)為“錳結(jié)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(jié)核密布。
　　錳鐵結(jié)殼則主要產(chǎn)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(jié)殼主要分布在海山斜坡上部及臺(tái)地等較淺處；類球狀結(jié)殼主要分布在海山坡腳深水區(qū)及平頂海山頂部有沉積物覆蓋的淺水區(qū)域；礫狀結(jié)殼主要產(chǎn)出于核心巖石剝落處及其附近。
　　
　　成分差異之謎
　　
　　在錳團(tuán)塊中，目前發(fā)現(xiàn)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(xué)成分又因種類、產(chǎn)地和水深等因素而差異巨大。其原因無(wú)人能解釋清楚，這又是一個(gè)不解之謎。
　　比如說(shuō)，結(jié)核中錳、鐵、銅、鎳、鈷、REEs（稀土元素）等已經(jīng)高度富集；但結(jié)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(guó)約翰斯頓島附近海域，有些結(jié)殼的磷灰石含量高達(dá)50％以上。
　　再比如，與大西洋和印度洋相比，太平洋的結(jié)核和結(jié)殼中有用金屬的品位最高。在800～1300米的水深范圍內(nèi)，結(jié)殼中鈷的含量高；而在4800 ～5400米水深范圍內(nèi)，結(jié)核中的鎳、銅含量高。在相對(duì)年輕的薄結(jié)殼層中，鈷較富集；而在相對(duì)較老的厚結(jié)殼層中，鉑更富集。
　　這究竟是何原因？迄今無(wú)人能說(shuō)得清楚。
　　其實(shí)，關(guān)于錳團(tuán)塊的謎題可謂數(shù)不勝數(shù)。諸如：上帝為何厚太平洋而薄大西洋、印度洋？結(jié)核為何常與海底軟泥共生？為何此海山結(jié)殼而彼海山不結(jié)殼？等等。
　　錳團(tuán)塊恰如海底的一個(gè)個(gè)謎團(tuán)，正等著人們一一破解。上帝依然在笑瞇瞇地看著我們呢！
　　【責(zé)任編輯】趙 菲