Железомарганцевые конкреции

Железомарганцевые конкреции — это минеральные образования округлой или неправильной формы, залегающие на поверхности океанического дна и в верхних слоях донных осадков, состоящие преимущественно из оксидов и гидроксидов марганца и железа. Они относятся к классу твёрдых полезных ископаемых Мирового океана и рассматриваются как потенциальный источник ряда стратегических металлов, включая марганец, никель, кобальт, медь и молибден.

История открытия и изучения

Первые упоминания о твёрдых конкрециях на дне океана относятся к концу XIX века. В 1873 году во время кругосветной экспедиции на британском корвете «Челленджер» (1872–1876) были подняты со дна Атлантического океана первые образцы, которые позже описал шотландский химик и геолог Джон Мюррей. В 1891 году Мюррей и бельгийский зоолог Аббат Ренар опубликовали монографию, в которой дали первое систематическое описание этих образований, назвав их «марганцевыми конкрециями».

Систематическое изучение железомарганцевых конкреций началось в середине XX века, когда были разработаны методы глубоководного бурения и фотографирования дна. В 1950–1960-х годах экспедиции на судах «Витязь» (СССР), «Атлантис» (США) и других обнаружили огромные поля конкреций в Тихом, Атлантическом и Индийском океанах. В 1980-х годах интерес к ним возрос в связи с истощением наземных месторождений кобальта и никеля. В 1994 году вступила в силу Конвенция ООН по морскому праву, регулирующая разведку и добычу минеральных ресурсов в Международном районе морского дна (за пределами национальных юрисдикций).

Состав и строение

Химический состав железомарганцевых конкреций варьируется в широких пределах, но основными компонентами являются оксиды марганца (в среднем 15–30 % по массе) и железа (10–25 %). В качестве примесей присутствуют никель (до 2 %), кобальт (до 0,5–1 %), медь (до 1,5 %), молибден, цинк, свинец, редкоземельные элементы и другие металлы. Содержание ценных компонентов может значительно различаться в зависимости от района залегания.

Строение конкреций, как правило, концентрически-зональное. Ядро конкреции может быть представлено обломком породы, зубами акул, костями морских животных, кусочками пемзы или другим твёрдым материалом. Вокруг ядра нарастают слои оксидов марганца и железа, образующие корку толщиной от нескольких миллиметров до 10–15 сантиметров. Размеры конкреций варьируются от 1 мм до 20 см в диаметре, наиболее распространены образования размером 2–8 см. Форма может быть округлой, эллипсоидальной, лепёшковидной, гроздевидной или неправильной.

Классификация

По условиям залегания и морфологии выделяют несколько типов железомарганцевых образований:

• Диагностические конкреции — формируются непосредственно в толще донных осадков в результате химических процессов при диагенезе (превращении осадка в горную породу). Имеют неправильную, часто сферическую форму, размеры до 5–10 см.
• Гидрогенные конкреции — образуются на поверхности дна при медленном осаждении металлов из морской воды. Отличаются высокой пористостью, концентрической слоистостью и повышенным содержанием кобальта и никеля. Распространены в центральных частях океанов.
• Гидротермальные корки — формируются вблизи подводных вулканов и гидротермальных источников (чёрных курильщиков). Представляют собой плотные корки мощностью до 10–15 см, обогащённые железом, марганцем, медью, цинком и свинцом.
• Кобальтоносные марганцевые корки — залегают на склонах подводных гор и возвышенностей. Имеют толщину от 1 до 25 см, отличаются высоким содержанием кобальта (до 1–2 %), а также никеля, платины и редкоземельных элементов.

Механизмы образования

Процесс формирования железомарганцевых конкреций до конца не изучен. Основными гипотезами являются:

• Гидрогенная — металлы осаждаются из морской воды в виде коллоидных частиц оксидов, которые затем коагулируют и нарастают на твёрдые ядра. Этот процесс идёт крайне медленно — скорость роста составляет 1–5 мм за миллион лет.
• Диагенетическая — металлы мигрируют в растворённой форме в толще донных осадков, где при определённых окислительно-восстановительных условиях осаждаются вокруг центров кристаллизации. Скорость роста может достигать 10–50 мм за миллион лет.
• Биогенная — некоторые микроорганизмы (бактерии, грибы) способны концентрировать марганец и железо, участвуя в формировании конкреций. В частности, бактерии рода Leptothrix и Gallionella окисляют растворённые ионы металлов, способствуя их осаждению.

Распространение и запасы

Железомарганцевые конкреции широко распространены в Мировом океане. Наиболее крупные и богатые скопления находятся в зоне разломов Кларион-Клиппертон в Тихом океане (между Гавайями и Мексикой), где плотность залегания достигает 10–15 кг/м². Значительные поля известны в Перуанской котловине, в центральной части Индийского океана, в котловине Агульяс, а также в озёрах (например, в Байкале и Ладожском).

По оценкам Международного органа по морскому дну (МОМД), общие ресурсы железомарганцевых конкреций в Мировом океане составляют порядка 500 миллиардов тонн. Из них около 30 миллиардов тонн содержат промышленные концентрации никеля, кобальта, меди и марганца. В зоне Кларион-Клиппертон запасы оцениваются в 21 миллиард тонн сухой руды, содержащей 270 миллионов тонн никеля, 44 миллиона тонн кобальта, 200 миллионов тонн меди и 5 миллиардов тонн марганца.

Добыча и экономическое значение

Промышленная добыча железомарганцевых конкреций в настоящее время не ведётся. Основные причины — высокие затраты на разработку глубоководных месторождений (глубины 4000–6000 м), отсутствие эффективных и экологически безопасных технологий, а также неопределённость правового статуса добычи в международных водах.

Тем не менее, ряд стран и компаний активно разрабатывают проекты по добыче. В 2020-х годах несколько организаций (включая канадскую The Metals Company, бельгийскую GSR, китайскую COMRA) получили от МОМД контракты на разведку и пробную добычу в зоне Кларион-Клиппертон. В 2021 году компания The Metals Company провела успешное испытание подводного добычного комплекса на глубине 4500 м.

Технология добычи предполагает использование автоматизированных подводных аппаратов (роботов-сборщиков), которые собирают конкреции с поверхности дна и по системе трубопроводов подают на надводное судно. На судне руда проходит первичную обработку — отделение от ила, промывку и сушку. Затем её транспортируют на берег для металлургического передела.

Экономическая привлекательность конкреций связана с тем, что они содержат одновременно несколько ценных металлов, что снижает себестоимость добычи по сравнению с монометалльными рудами. При современных ценах на никель, кобальт и медь (на 2024 год) разработка месторождений в зоне Кларион-Клиппертон может быть рентабельна при условии добычи не менее 3–5 млн тонн руды в год.

Экологические аспекты

Добыча железомарганцевых конкреций вызывает серьёзные экологические опасения. Основные риски включают:

• Уничтожение бентосных сообществ (донных организмов) на обширных площадях — конкреции служат субстратом для многих видов губок, кораллов, червей и ракообразных.
• Поднятие взвеси осадков, которая может распространяться на десятки километров, заиливая жабры организмов и нарушая пищевые цепи.
• Шумовое загрязнение от работы добычных аппаратов и судов.
• Выбросы токсичных металлов (ртуть, кадмий) при переработке руды.

В связи с этим Международный орган по морскому дну разрабатывает правила экологического мониторинга и обязательного восстановления нарушенных экосистем. Ряд экологических организаций (например, Greenpeace) выступают за мораторий на глубоководную добычу до полного изучения последствий.

Правовой статус

Правовой режим разведки и добычи железомарганцевых конкреций в Международном районе морского дна (за пределами 200-мильных исключительных экономических зон) регулируется Конвенцией ООН по морскому праву 1982 года и Соглашением 1994 года. Согласно этим документам, ресурсы морского дна являются «общим наследием человечества». Разведка и добыча осуществляются под контролем Международного органа по морскому дну (МОМД), который выдаёт контракты на разведку и разрабатывает правила эксплуатации.

По состоянию на 2024 год МОМД заключил 31 контракт на разведку железомарганцевых конкреций, кобальтоносных корок и полиметаллических сульфидов. Среди контракторов — государственные организации и частные компании из России, Китая, Индии, Южной Кореи, Японии, Германии, Франции, Великобритании, Бразилии и других стран. Россия имеет один контракт на разведку конкреций в зоне Кларион-Клиппертон (через государственное предприятие «Южморгеология»).

Источники

1. Дж. Мюррей, А. Ренар. «Глубоководные отложения» (1891).
2. К. Б. Бейкер, П. А. Рона. «Гидротермальные минеральные месторождения океана» (1992).
3. Д. С. Крон. «Марганцевые конкреции: геология, минералогия, геохимия» (1994).
4. Международный орган по морскому дну. «Технические исследования по разработке правил добычи» (2020–2023).
5. Отчёты компании The Metals Company (2021–2024).
6. Конвенция ООН по морскому праву (1982).