深海底礦物資源之利用
106/03/08
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王立邦｜
國立台北科技大學 環境工程與管理研究所
世界人口不斷成長，到2016年已超過70億以上，不論是生活所需或者是工業的製造等，都需要各種礦產和稀有金屬，但陸地的採礦總是資源有限，也終有消耗殆盡的時候。然而，海洋佔地球表面積2/3，如果能從深海採取各種礦物資源，雖非取之不盡，卻能提供人類長遠且豐富的利用。
海洋的深海底，蘊藏著豐富的礦物資源，包括錳核(Manganese nodule)、海底熱水礦床(Hydrothermal deposit)、富鈷殼(Cobalt-rich crust)、以及稀土泥(Rare earth mud)等。這些深海底礦物資源中，含有現代高科技產業所不可或缺的各種稀有金屬。
錳核是1970年代最先被發現的深海底礦物，存在於太平洋水深4000～6000公尺的海床表面上，外觀為黑色直徑2～15公分的球形或橢圓形，主要成分為鐵錳的氧化物，含有鐵(Fe)(約16%)、錳(Mn)(約28%)、銅(Cu)(約1%)、鎳(Ni)(約1.3%)、鈷(Co)(約0.3%)、等合計30種以上的金屬。其成因經推測為從海底火山噴出經冷卻後的鐵錳氧化物，吸附海水中的各種金屬離子，經過數千萬年時間逐漸沉積而成。
海底熱水礦床則是存在於西太平洋水深700～3000公尺處，位在大陸與海洋的邊緣的弧後海盆(Back-arc basins)，外觀為柱狀構造物的金屬硫化物礦床，含有鋅(約30～55%)、銅 (約1～3%)、鉛(約0.1～0.3%)以及金、銀等金屬。其成因為從海底熱水噴出孔中噴出的熱水，受周圍海水冷卻後，溶於其中的金屬成分析出後沉澱，所形成的堆積物。
富鈷殼分布於中西太平洋水深 800～2400公尺的海山，外觀類似覆蓋於馬路上的柏油，呈現黑色，以厚度數公釐到十數公分，覆蓋於基盤岩石上。主要成分與錳核類似，亦為鐵錳的氧化物，含有鐵(約15%)、錳(約25%)、銅(約0.1%)、鎳(約0.5%)、鈷(約0.9%)等以及多種金屬。成因亦與錳核相似。與錳核不同處為其含有約0.5ppm的微量白金，且因鈷的含量相較錳核為高，外型呈皮殼狀，故被稱為富鈷殼。
稀土泥則是由日本學者率先發現，2011年7月東京大學加藤泰浩教授的研究團隊，發現於中央太平洋和東南太平洋4000～6000公尺海底，所分布堆積的褐色泥狀物中，含有最高濃度可達數千ppm的稀土金屬元素，而將其命名為稀土泥。與陸地上的稀土金屬礦物相較，稀土泥具有蘊藏量龐大、富含重稀土元素、可用弱酸簡單抽出、幾乎不含釷、鈾等放射性元素等特性。
上述這些各種深海底礦物資源的存在雖然已獲得確認，甚且在未來有望提供人類更長久的資源應用，但如欲進行大規模的開發，仍面臨許多課題。首先，在廣大的太平洋中，已被採取的樣品數及地點仍不足，確切的蘊藏量與分佈仍需更多的探查。其次，各種深海底礦物資源皆位於海平面下數百至數千公尺，於深海底進行的採掘技術，包括製造可耐數十至數百大氣壓力的採掘機械、利用無人遠距離操作進行採掘等，仍待開發。此外，在採掘海底礦物時，如何避免對周圍動植物及生態系的衝擊破壞，需有妥善的環境影響對策。
上述課題如能克服，在既有陸地上的金屬礦山及廢棄物資源回收的都市礦山之外，深海底礦物資源將可成為另一稀有金屬來源，為人類帶來更多的福祉。
（本文由科技部補助105年度《「新媒體科普傳播實作計畫」─以環保永續、環境教育、財務金融、應用科學暨新媒體藝術等領域為例》執行團隊撰稿）
責任編輯：蔡美瑛｜世新大學廣播電視電影學系
