Минерально-сырьевые ресурсы мирового океана:проблемы и перспективы их использования

Акцессорные минералы представлены в россыпных месторождениях на западных побережьях США и Канады, в Панаме, Чили, Турции, Египте, юго-западной Африке (Намибия, ЮАР). Наиболее изучены золотоносные пески Аляски (залив Нортон, п-ов Сьюард). В 1 м песка содержится в среднем 100 – 200 г золота, в отдельных – до 1 кг. Прогнозные запасы оцениваются в 300 – 400 т. Разрабатываются месторождения на расстоянии до 20 км от берега на глубинах до 25 м.

Крупнейшие подводные залежи платины расположены в заливе Гудньюс на западе Аляски и приурочены к древнему руслу р. Кускоквим. Содержание платины в песках достигает 25 г/т, прогнозные запасы достигают 75 – 100 т. Это месторождение обеспечивает 90 % потребностей США в платине (содержит также иридий, осмий, рутений и палладий). Перспективными для разработки считаются также платиновые россыпи на тихоокеанском побережье Колумбии.

Перспективы обнаружения новых месторождений золота весьма высоки в известных районах – на Аляске, в Центрально-Американской и Новозеландской зонах. Прогнозируется также обнаружение скоплений россыпного золота вдоль восточного и юго-западного побережий Африки, вокруг о. Мадагаскар, на западе Австралии, в Уругвайско-Бразильской зоне.

Значительные площади ложа океана покрывают железомарганцевые конкреции. Они близки по составу, условиям образования и генезису кобальтоносным коркам, совместно с которыми могут быть объединены в группу оксидных руд океана. В конкре­циях обнаружено до 30 различных минералов, но преоб­ладают железо (2,4 – 26,8 %) и марганец (7,9 – 49,9 %). Их содержание в различных районах Мирового океана вслед­ствие различий в природных условиях их формирования значительно колеблется (рис. 2.2.2). Общие прогнозные запасы конкреций в Мировом океане оцени­ваются в 1,6 x 1012 т. Они приурочены к зонам наименьших скоростей осадконакопления на глубинах более 3000 м.

Рис 2.2.2. Средний состав железомарганцевых конкреций по океанам (сост. автором по [10])

Наиболее значительные площади залегания конкреций сосредоточены в Тихом океане (более 16 млн. км2). Наибольший промышленный интерес представляет северный приэкваториальный пояс конкрециеносности, расположенный между 5 – 8 и 30° с. ш. Конкреции здесь покрывают в среднем 32 % площади дна и отличаются повышенными содержаниями марганца, меди, никеля, свинца, цинка. Здесь выделены провинции Кларион-Клиппертон, Калифорнийская, Центральноокеанская. Южный пояс конкрециеносности Тихого океана расположен между 7 и 45° ю. ш., к которому относятся рудные провинции Перуанская, Чилийская, Южнотихоокеанская. Для этого региона характерно более низкое, чем в северном поясе, содержание рудных элементов. Наиболее перспективной является провинция Кларион-Клиппертон.

На дне Атлантического океана запасы конкреций оцени­ваются в 45 млрд. т. Наибольшие ресурсы сконцентрированы в Североамериканском бассейне Атлантики на плато Блейк и Бермудском поднятии, где глубина дна колеблется от 200 до 100 м. Значительные запасы конкреций выявлены также в Бразильском бассейне и в южной части Атлантического океа­на (район Фолклендских островов. Конкреции Атлантического океана отличаются более высоким содержанием железа и низким содержанием никеля и кобальта, при незначительном содержании меди. Перспективных для промышленного освоения скоплений железомарганцевых конкреций в Атлантическом океане пока не обнаружено.

В Индийском океане выделяются несколько рудных провинций: Центральноиндийская, Западно-Австралийская, Южно-Австралийская, Диамантина. Самой перспективной здесь представляется Центральноиндийская провинция.

Общие запасы металлов в железомарганцевых конкре­циях значительно превышают их объем в месторождениях суши (табл. 2.2.1). С учетом того, что континентальные место­рождения марганца, меди или кобальта ограничены и не возобновимы, значение морских месторождений уже в обозримом будущем существенно возрастет. По расчетам экономистов, морская добыча будет рентабельной, если годовой объем добычи конкреций будет превышать 3 млн. т марганца, 25 тыс. т никеля, 20 тыс. т меди и 4 тыс. т кобальта. Стоимость добычи и переработки 1 млн. т кон­креций оценивается в 150 млн. долл.

Таблица 2.2.1

Запасы основных металлов в железомарганцевых конкрециях океана [10]

Аналогами железомарганцевых конкреций считали рудные корки. Впоследствии существенные отличия, присущие этим образованиям, такие как приуроченность их к подводным горам, кобальтовая специализация, процессы формирования, - послужили причиной выделения их в самостоятельный тип полезных ископаемых океана.

По составу и содержанию рудных компонентов корки представляют собой не менее ценное потенциальное сырье, чем конкреции. В отличие от абиссальных конкреций, образующих широкие рудные поля в тысячи квадратных километров на глубинах около 5 км, корки локализуются значительно уже и развиты в основном на существенно меньших глубинах. Это способствует усилению интереса исследователей к коркам как к потенциальному рудному сырью. Основные районы их распространения представлены в приложении 7.

Кобальтоносные корки по ряду показателей превосходят железомарганцевые конкреции. В них выше весовая плотность залегания, меньше глубина океана, на которой они встречаются. Кобальтоносные корки локализуются на меньшей площади, их скопления ближе к границам России. Сопоставление вещественного состава корок и железомарганцевых конкреций показывает, что содержание кобальта в корках в 3 – 4 раза превосходит его содержание в конкрециях. Главным недостатком этого сырья является его прочная связанность с субстратом, на котором он формируется, и сложный рельеф в районах распространения. Освоение кобальтоносных корок осложнено технической проблемой их отделения от подстилающего субстрата.

Исследования рифтовых зон Мирового океана выявило в ряде районов зоны высоких температур (40 – 60°С) и повышенной солености (до 270‰). В таких зонах отмеча­ется повышенное содержание оксидов железа и сернистых металлов. Так, в осевой зоне Средиземного моря донные отложения содержат до 20 % цинка, 3 % меди, 0,3 % се­ребра и 0,0005 % золота. В Красном море донные отложения в районах проявления термальных аномалий содержат со­единения цинка, меди, железа, свинца, марганца, серебра и золота. По оценкам, в десятиметровой толще осадков впа­дины Атлантис-II на площади 15—18 км2 находится 24 млн. т железа, 2,9 млн. т цинка, 1 млн. т меди, 0,8 млн. т свинца, 4,5 тыс. т серебра и 45 т золота (общая стоимость металлов может составить 3 млрд. долл.). Полиметаллические серни­стые руды выявлены также в рифтовой зоне Галапагос. Фонтаны горячей воды поднимаются здесь со дна моря на высоту почти 2 км. Образовавшиеся холмы и кратеры (до 30 м высотой) сложены соединениями железа, цинка, меди, марганца, кобальта, олова. Общие запасы руд оце­ниваются в 20 млн. т, а основным компонентом выступает пирит (содержание меди - 5 %, цинка - 0,14 %). В Тихо­океанской рифтовой зоне Жуан-де-Фика в полосе шири­ной 300 м и протяженностью 20 км выявлено более 20 го­рячих источников, где температура изливающихся рассо­лов доходит до 293 °С. В отложениях купольных поднятий и кратеров выявлен сфалерит (ZnS) – 30 – 90 %), с примесями пирита (FeS2) – 4 – 56 %) и халькопирита (CuFeS2) – до 4 Горячие источники выявлены и в других районах Тихого океана. Так, в рифтовой зоне Калифорнийского залива температура вод одного из ис­точников достигает 375 °С. Исчерпание континентальных месторождений сернистых руд металлов ставит на повест­ку дня более детальное исследование месторождений Ми­рового океана, освоение которых становится практической необходимостью.

В качестве потенциального объекта будущего промышленного освоения рассматриваются осадки двух красноморских впадин – Атлантис-II и Дискавери. Перспективы промышленного освоения сульфидных руд пока неясны. Может быть в XXI в. они будут рассматриваться как новые источники минерального сырья [10].

2.3. Химическое сырье

Колоссальные минеральные ресурсы находятся не на континентах или в прибрежных водах, а в самой водной массе океана. Морская вода по количеству растворенных химических элементов (более 80 из 106 известных элемен­тов) является по сути «жидкой полиметаллической рудой». В ее составе доминируют водород и кислород (96,5 %), хлор и кальций составляют около 3 %, а остальные растворенные элементы — всего 0,5 %. Растворенные элементы присутству­ют в морской воде в форме анионов и катионов. Среди них 55,04 % составляют анион Сl, а 30,61 % катион Na+. На остальные элементы приходится 14,35 % (S04 - 7,68 %, Mg – 3,69 %, Са - 1,16 %, К - 1,1 %, прочие - 0,72 %). Концентрация лишь немногих элементов превышает 1 г/л. Это хлористый натрий (27,2 г/л), хлористый магний (3,8 г/л), сернокислый магний (1,7 г/л) и сернокислый кальций (1,3 г/л). Всего воды Мирового океана содержат около 5 млрд. т меди и столько же урана, 3 млрд. т никеля, 260 млрд. т лития, 16 млрд. т молибдена, 78 млн. т тория, 600 млн. т серебра и 8 млн. т золота. Экономиче­ское значение химических ресурсов определяется их прак­тической неисчерпаемостью, повсеместным распростра­нением (из-за практически неизменного химического со­става вод) и небольшими объемами использования. На со­временном этапе развития человечества используются те виды химических ресурсов, получение которых экономи­чески выгоднее или более рентабельно, чем их получение из сухопутных месторождений.

Опреснение морских вод, с учетом того, что пресные воды составляют всего 2,5 % водных ресурсов Земли (при этом только 0,4 % в озерах, реках, болотах, а в большей час­ти—в виде льдов, почвенных вод, паров атмосферы), и постоянно растущего водопотребления, является неотлож­ной практической задачей во многих районах мира. Все разработан­ные технологии опреснения морских вод делятся на две группы: 1) отделение воды от солей путем дистилляции, вымораживания или фильтрации, 2) выделение солей из воды путем электролиза и ионного обмена. В промышлен­ных масштабах для получения пресной воды применяется в основном дистилляция. Ежегодно этим методом произ­водится более 1,25 млн. м3 пресной воды. Однако такие тех­нологии являются весьма энергоемкими. При опреснении путем дистилляции расходуется 13 – 15 кВт-часов на одну тонну воды. Наиболее дешевую энергию дают АЭС, поэтому дистилляционные опреснители работают во многих странах в общей технологической схеме с АЭС. В мире круп­нейшими производителями опресненных вод являются Кувейт, США, Япония, Израиль, Тунис, Ливия, Нидер­ланды, ОАЭ, Куба, Испания (Канарские острова), стра­ны СНГ (Казахстан, Туркмения). Для удовлетворения по­требностей в воде 100 млн. человек годовой объем опрес­нения должен составлять 10 млн. м3. Другие технологии (вы­мораживание, электролиз) используются пока в незначи­тельных опытных масштабах. Разрабатываются также проекты ис­пользования ресурсов пресной воды, аккумулированной в айсбергах (около 2 тыс. км3, 93 % которых дают материко­вые льды Антарктиды). Из других видов химических ресур­сов практическое значение имеют добыча поваренной соли, магния, брома и калия.

Поваренную соль из морской воды добывают, применяя несложные технологии выпаривания в естественных усло­виях бассейновым способом. Она основана на закономер­ной последовательности выпадения в осадок различных солей при увеличении концентрации рассола. Годовой объем добычи поваренной соли из морской воды достигает 1/3 ее мирового производства (6 – 7 млн. т из 22 млн. т в год). Основными производителями выступают Китай, Индия, Япония, Филиппины, Турция, Болгария, Австралия, страны Северной Африки. В США около 5 % потребляемой соли добывают из морских вод. Она используется для получения соды, едкого натрия, соляной кислоты, гипса и других продуктов.

Магний в водах Мирового океана встречается преиму­щественно в виде хлористых и в меньшей степени серно­кислых соединений. Впервые он был получен из морской воды в 1916 г. (Великобритания), а с 1924 г. его добыча была начата из вод Мертвого моря. Масштабную добычу магния из морской воды ведут Великобритания, Фран­ция, США, Италия, Тунис, Израиль, Канада, ФРГ, Мек­сика. Морская добыча обеспечивает около 60 % мировой продукции магния. Он широко применяется в авиастроении, подводном судостроении, производстве огнеупорных материалов, цемента и других областях производства.

Бром в морской воде (0,008 %) содержится в значи­тельно больших (65 мг/л) концентрациях (в 8 раз), чем в земной коре. Несмотря на его малую концентрацию, бром стал первым веществом промышленной добычи, он широко применяется как антидетонационная добавка при производстве бензина. Крупные комбинаты по извлечению брома из морской воды созданы в США, Великобрита­нии, Японии, Индии, Аргентине, Канаде и Китае.

Йод добывается не непосредственно из морской воды (содержится в небольшой концентрации — 0,06 мг/л), а из морских водорослей, которые его накапливают. Лидеры по добыче йода: Чили, Япония, США, СНГ (Туркменистан, Россия, Азербайджан) и Индонезия.

Калий из морских вод стали добывать в годы Первой мировой войны, когда основной район добычи калийных солей Эльзас (97 % мирового производства в начале XX в.) был захвачен Германией. Первые производства были созда­ны в Японии и Китае, в последующем была налажена его добыча из вод Мертвого моря в Израиле, Италии. Круп­нейшим производителем калийных солей является Япо­ния (более 10 тыс. т калия в год), разрабатываются новые сорбционные способы его получения. В Мировом океане со­держатся также значительные запасы (при средней концен­трации 0,003 мг/л) урана – около 5 млрд т и тяжелой воды (DO), необходимые для развития атомной энергетики.

И если получение урана из морской воды носит опыт­ный характер, то около 30 % мировой продукции тяжелой воды получают из вод океана. В целом морские химические производства дают 8—10 % доходов мировой химической промышленности.