深海底礦物資源之利用

 
2017/03/08 王立邦 | 國立台北科技大學 環境工程與管理研究所
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。(圖片來源:撰稿團隊取自http://www.jogmec.go.jp/metal/metal_10_000002.html?recommend=1)
  • 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。(圖片來源:撰稿團隊取自http://www.jogmec.go.jp/metal/metal_10_000002.html?recommend=1)
 
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


 
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