Разработка месторождений полезных ископаемых на морском дне

Наше экономическое и военное могущество зиждется на использовании минеральных ресурсов. По сегодняшним оценкам каждому гражданину США за время жизни требуется не менее 0,5 т свинца, 0,5 т цинка, 2 т алюминия и 45 т железа и стали [24]. По некоторым стратегическим минералам наша зависимость от импорта колеблется между 80 и 100%. США ввозят 100% кобальта, необходимого для легирования сталей и используемого в жизненно важных частях реактивных двигателей. Никель — хотя его руды и разрабатываются в США — более чем на 80% также импортируется. Почти 100% используемого в США марганца доставляется из Южной Африки и Южной Америки, а этот металл служит основой множества сплавов с железом, поступающих на заводы страны. Практически весь хром импортируется из Африки и Советского Союза.

Можно ли в наш технический век извлечь со дна океанов или из-под него нечто полезное? Где находится это нечто? Как оно туда попало? Можно ли его оттуда достать? Сколько это сегодня стоит? Ответы на эти вопросы мы дадим под четырьмя отдельными рубриками: 1) бассейны как накопители осадков и нефтегазовый фактор, 2) россыпные залежи в прибрежных осадках, 3) железомарганцевые и фосфоритные корки, 4) полиметаллические сульфиды в рифтовых глинистых отложениях.

Бассейны и нефтегазовые скопления в ЭЗ. Залежи углеводородов приурочены, по-видимому, к окраинным областям, расположенным вдоль границ между океаническими бассейнами и материками. Это справедливо как для современных континентальных окраин, так и для древних окраин, которые ныне могут располагаться во внутренних областях континентов — вдоль берегов древних морей. Эти залежи образовались там, где существовали впадины — бассейны осадконакопления, в которых отлагался органический материал, а также другие осадки, возникавшие в результате эрозии на материках. На рис. 21.12 показано, как в ходе обширной трансгрессии мелководных морей мезозойского и триасового возраста (65—225 млн. лет назад) позади рифов формировались мелководные бассейны. А на рис. 21.13 видно, как могут образоваться впадины иного рода в районах столкновения континентов с океаническими литосферными плитами, а осадки морского дна, органические и неорганические, соскребаются с поверхности океанической коры, образуя вдоль окраины континента расслоенные структуры.

В пределах ЭЗ Соединенных Штатов Америки много таких бассейнов (рис. 19.9).

Никто не может сказать, сколько они содержат нефти и газа. Кое-кто оценивает потенциал морских месторождений как треть всех мировых запасов. Нефтегазовые залежи в прибрежных районах оказались в центре внимания исследователей, добившихся в последние два десятилетия выдающихся результатов в развитии техники бурения и добычи (рис. 19.10).

Запасы песка и гравия и россыпные месторождения. Мировая добыча песка и гравия с морского дна по объему и стоимости превышает добычу других негорючих полезных ископаемых. В 1980 г. было добыто примерно 1 млрд, т этих материалов на сумму около 3 млрд. долл. (Сводка № 929 Геологической службы США.) Большая часть потребностей США удовлетворяется в настоящее время за счет наземных разработок, но в приморских городах уже считают, что разработка шельфовых отложений позволяет получать песок и гравий с меньшими затратами, чем на суше. Строительство насыпных платформ для бурения скважин в водах Аляски требует большого количества гравия. К счастью, имеются огромные запасы песчано-гравийных отложений, и многие из них находятся вблизи мест крупного промышленного строительства. На рис. 19.11 показано размещение твердых минеральных ресурсов вокруг континентальной части США и у берегов Аляски.

Россыпные месторождения в зоне пляжей известны уже несколько столетий. В описаниях западного побережья Северной Америки, составленных в середине XVI в., упоминаются «черные пески». Первая в США промышленная разработка пляжных россыпей проводилась в Номе (Аляска) — на золото. Пляжи Юго-Восточной Азии столетиями разрабатывались с целью добычи олова.

Совсем недавно в США снова пробудился интерес к морским россыпным залежам, содержащим рутил и ильменит — минералы, служащие главным источником получения титана. Соединения, содержащие тяжелые металлы, и кристаллы этих минералов накапливались в течение геологического времени в устьях рек. Благодаря своей высокой плотности эти кристаллы выпадают из взвеси, как только речной поток выходит в море и теряет энергию турбулентного движения. За геологическое время пляжные пески были много раз отложены и переотложены, так что легкие пески оказались размыты, а тяжелые минералы сосредоточились в россыпных залежах. На рис. 19.11 показано также размещение важнейших россыпных месторождений вдоль береговой линии США. На тихоокеанском шельфе в песках содержится, согласно оценкам, в среднем почти 1% тяжелых минералов (по объему).

Аляскинские россыпи, возможно, особенно богаты как тяжелыми минералами, так и золотом и платиной, поэтому они стали первыми в США разрабатываемыми морскими россыпями. Потребность в титане в стране очень велика, и в настоящее время США удовлетворяют ее более чем на 40% за счет импорта. Внутренняя добыча до последнего времени ограничивалась разработкой реликтовых пляжных отложений Флориды и Джорджии.

Железомарганцевые конкреции и кобальтовые корки, фосфориты и скопления рассолов. Десятилетие 1975—1985 гг. стало «эпохой просвещения» в отношении топографии, строения и геологической истории морского дна. Однако первые свидетельства оруденения морского дна появились в ходе рейсов «Челленджера» в 1873—1876 гг. Это были железомарганцевые конкреции, найденные среди материала, поднятого при глубоководном драгировании. В последнее время были обнаружены фосфоритные и другие корки, а также скопления рассолов.

Железомарганцевые конкреции. На морском дне широко распространены высоко минерализованные стяжения размером от мелких шариков до булыжников. Они состоят главным образом из окислов железа и марганца (табл. 5.2). О том, как образуются залежи конкреций и сколько времени занимает их образование, известно мало. Их находят на поверхности глубоководных илов (рис. 19.12), и из этого, казалось бы, можно заключить, что процесс их формирования протекает быстрее, чем образуется илистый слой, но на самом деле это не так (табл. 5.1).

Самые богатые скопления найдены в восточной экваториальной области Тихого океана между 5 и 15° с.ш. (рис. 19.13).

Серьезное изучение вопроса о том, как разрабатывать такие залежи на океаническом дне при глубине 4 км, началось в конце 1950-х годов — сразу же по выяснении размеров этих залежей и после того, как стали яснее потребности США в стратегических минеральных ресурсах. Исследования продолжаются и поныне. Предложены различные технические средства — от управляемых на расстоянии тракторов, которые должны «сгребать» конкреции в специальные контейнеры, до гигантских «пылесосов», перетаскиваемых по дну океана. Но действительность такова, что глубоководная добыча представляется пока делом отдаленного будущего и ее перспективы в настоящее время все еще не ясны. Основная причина этого связана с обнаружением в последнее время железомарганцевых «корок» на меньших глубинах и, возможно, более богатых полиметаллических сульфидных залежей в рифтовых зонах.