亿万年前，大洋底部喷“金”吐“银”，为人类留下了丰厚的海底矿藏：砂矿、多金属结核、磷钙石……海洋静默无言，为地球儿女守护千万年沉淀下的珍宝，只等人们去发现。现在，随着人类对海洋不断的开发，藏在海底的矿产资源给现代工业和我们的生活带来越来越多的好消息。
§§§第一节龙宫财富：海底矿产资源
什么是矿产资源
矿产资源是一种自然资源。矿产资源是指赋存于地球内部或地壳上及其水体中的天然产出的固态、液态、气态物质的富集体，该富集体是从经济角度具有开采价值、从技术角度具有利用价值的无机或有机体。
海洋中的矿产资源不仅包括通常意义的固体矿产，还包括呈固态、气态和液态溶于水体中并具有开采价值的无机或有机矿物质。
对于溶解在海水中的矿物质，本书将其归入海水化学资源。
这里主要讨论海底矿产资源，即赋存于海底表层沉积物和海底岩层中的无机矿藏。赋存于海底沉积层中的天然气水合物和大洋洋底的多金属结核，其形成时间为中新世至今。海山区的富钴结壳和磷块岩主要形成于新生代中晚期。而赋存于大洋中脊的硫化物矿床和海滨砂矿的主要成矿期为第四纪。海底矿产的形成经历了漫长的地质年代，不仅数量大，而且种类多、分布广，不可忽略的是其中的大多数是不可再生资源。
根据矿产本身所具有的特点，以及从人类开采利用的角度出发、从矿产资源为人类提供的物质、能量属性来看，矿产资源归纳为两大类，即提供燃料的能源资源和提供原料的物资资源。
①燃料矿产（能源矿产）：化石燃料包括煤炭、石油、天然气以及天然气体水合物等，核燃料包括核裂变燃料铀、钍以及核聚变燃料锂、氕、氘和氚；
②原料矿产：金属原料包括黑色金属（包括铁和加入铁中能冶炼成不同的合金钢的那些金属）：铁、锰、铬、镍、钼、钨等；有色金属：铜、锡、铅、锌、锑、汞、金、银等；非金属原料包括建筑材料、化工原料和其他工业原料，例如金刚石、宝石等。
从适应现今工业生产体系的角度，矿产资源可以首先分为两个大类：
①金属矿产：包括黑色金属、有色金属、稀有金属、放射性金属等；
②非金属：包括化石燃料、各种化工原料、建筑材料等。
在世界矿业生产总值中，燃料大约占70%，非金属原料大约占17%，金属原料约占13%。
认识海底矿产资源
所谓海底矿产资源，通常是指目前处于海洋环境下的除海水资源以外的可加以利用的矿物资源；对那些过去是在海洋环境下形成的现在已是陆地组成部分的矿物资源，原则上应归属于陆地矿产资源。
在地球上已发现的百余种元素中，有80余种在海洋中存在，其中能够直接提取利用的有60余种。从海岸到大洋，从海面到海底均分布有丰富的海洋矿产资源。海洋矿产资源是人类社会可资利用的重要物质基础。目前，除了油气资源以外，其他海底矿产资源基本上未经开发，它们将是社会物质生产重要的原料来源。由于海洋的自然环境与地质基础同样具备地球化学元素迁移和富集成矿的条件，从理论上分析，海洋矿产的品种应该与陆地一样丰富。尽管目前还缺少全面和系统的对比研究，但是已经获得的发现和研究成果基本上能够支持前面的结论。
海底矿产资源的种类繁多，并且随着生产力的发展，可利用矿产种类也将产生变化。海洋里的矿产资源总共有多少种？每一种的蕴藏量有多大？依据现有资料做出非常准确的回答还存在一些困难。我们结合介绍海底矿产资源存在的方式、成因和用途等标准对海洋矿产资源进行分类，以便进一步地认识它们。
对海底矿产资源的分类既可依其存在方式分为未固结矿产和固结矿产，也可依其成因分为由内力作用生成的内生矿产和由外力作用生成的外生矿产两大类。
内生成因主要指各种岩浆作用、火山作用、交代作用和变质作用，绝大多数的金属矿床的形成都与此有关；外生成因主要有3个，即机械沉积作用、化学沉积作用和生物化学沉积作用。煤炭、石油、天然气、天然气水合物，各种类型的盐类矿床、洋底多金属结核、富钴结壳、磷块岩和滨海砂矿的形成均与此有关。另外，有少数金属矿床属外生成因。有些海底矿产的形成经历了内生作用和外生作用两种过程，例如海底热液矿床。所有这些矿床不但能在陆地上发现，在海洋中亦能找到。
虽然对海洋矿产的成因研究还很不成熟，但在多数情况下根据海洋矿产资源的矿物种类及其产出的海洋地质环境进行了分类，便于针对工作而选择合适的分类做进一步研究。
海底矿产资源的特色
对于任何一种矿产资源，其分布规律、储量大小、品位高低、矿位深浅等自然状态，是科技工作者必须充分了解的自然规律。只有充分地了解以上事项，并且熟知它们之间的关系，才能做到合理地利用和保护海底矿产资源。海底矿产资源既具有矿产资源的共性，也有其个性，这是我们认识、开发和利用它们的前提。
1.有限性
矿产资源相对于人类社会的发展而言，是不会再生和更新的，例如石油和天然气的年消耗量就比其自然增长量大300万倍，故决定了矿产资源的有限性。矿产资源随着生产和社会的发展而短缺甚至枯竭的例子，古已有之。2000多年前，古罗马帝国就已经开采铜、铁、锡。古希腊一度曾是铅、银的冶炼中心。时过不久，这些金属在地中海、欧洲一带枯竭了。19世纪的英国，铅的产量曾占世界铅产量的50%，铜的产量占世界的45%，铁的产量占世界的30%。现在，英国本土上，这些矿床已经被开采殆尽。我国早在3000多年前的商代就已经开采铜，后来又采铁矿。现在，我国铜和铁的富矿都比较少。从一些国家工业化发展历程来看，矿石的开采、金属的生产和矿石的进口量的多少，三者是随着时间的变化而变化的。
另外，通常情况下，一个国家在工业化的初期，采矿量急剧增大，当采矿速度超过了找矿速度时，储量就会减少，采矿量将逐渐下降，有的矿会逐渐枯竭。成熟时期的工业国，金属生产日益增长，并达到顶峰，同时矿产减少，不足部分靠进口和回收补充。随着国内资源的逐渐枯竭，发达工业化国家的金属产量也会逐渐地开始下降。因此，矿产资源必须合理地开发和利用，从长远的利益来看，矿产资源的出口应该非常审慎，应当根据市场情况进口矿产品作为储备。
矿产资源的有限性也并不是绝对的。随着科学技术的进步，人类对矿产资源的勘探和利用日益深入，资源的后备储量可能会不断增加，新的资源也可能会被发现。
2.分布的局限性
海洋矿产资源分布的局限性可以从垂直分布、水平分布以及矿产资源分布和生产消费格局之间的关系来理解。
由于海洋矿产资源基本上处在洋壳的表面，因而构成了矿产资源垂直分布局限性。虽然有些元素在地球中很集中，例如，地心的金属核，集中了大量的铁和镍，地幔富含铁和镁，但是，鉴于目前的经济和科学技术的发展水平，矿产资源的开发仅仅在地壳范围内开展，最深的矿井只达到4000米，最深的钻井刚到10000米。现在的矿产资源开采活动仅仅局限在贴近地面的一个薄层中。扩大开采的范围，有待于更高新技术的应用，以及更大的资金投入，这通常也意味着更高的成本。
从地域上讲，矿产资源的水平分布呈现较大的不均衡性，存在着很大的地区性差异。由于构造运动及其物质组成在空间分布上常呈现不规则格局，相邻地块间的差异又比较大，因而造成了矿产资源分布的不均匀性。目前世界大部分矿产的已知储量只在很少的几个国家中发现，没有任何一个国家可以做到矿产资源完全自给自足。以海底矿产而言，作为最重要的化石燃料和化工原料的石油主要蕴藏在沿海大陆架，其中主要集中在中东等区域；锰结核的分布主要在赤道附近的太平洋深处。
矿产资源分布的局限性还包括矿产资源分布和生产及消费的不吻合。矿产资源不仅在世界上的分布很不均匀，和生产力格局也不吻合。矿产资源的消费在世界上的分配也是很不均匀的。按产值计算，占世界人口约1/4的发达国家，消费的矿产资源占世界总产量的85%；占世界人口总数1/20的美国，消费了近世界1/2的矿产量；而占世界人口3/4的发展中国家，只消费世界矿产量的15%。这些状况和各国自身矿产禀赋并不吻合。
3.矿产资源的伴生性
自然界中的矿石往往不止含有一种有用的矿物，还经常伴生其他有用的元素。如海底多金属软泥中有铁、锰、锌、铅、铜、银、金等和其他元素伴生。
这种多组分的矿产资源伴生性，在我国显得尤为重要。近年来，随着采、选、冶技术的发展，对伴生矿产的利用水平也越来越重要。
4.开发投资高，技术要求难度大
海底矿产资源大多埋藏在一定深度的海水层之下，这给勘探和开采这些资源带来很大的技术和经济困难。
§§§第二节矿产资源箱
磷钙石与海绿石
1873年，英国的“挑战者”号考察船航行到了非洲南部阿古尔赫斯·班克海域。船上的科学工作者有的测水深，有的采水样，有的试水温，船尾拖着的大网正在网罗海底底质样品……一会儿，船员们收上拖网，发现网中有不少深褐色、黑色的像煤块一样的石头。这是些什么奇珍异宝呢？船员们议论着、猜测着。经船上的地质学家检验，这种石头里含有磷和钙等矿物质。就这样，人类首次从海底发现了磷钙石。
磷钙石是一种具有经济价值的矿产资源，它富含的磷可以用于制造磷肥，是植物重要的养分之一。磷溶解在鱼塘里，可加速鱼虾的生长。用它制成药物，可使人体强壮。因此，磷钙石被人们称为“生命之石”。此外，它还可制成防锈材料，涂在飞机的翼面上；还可以提取纯磷和磷酸，用于火柴、玻璃、制糖、食品、纺织和照明等工业上。
海底磷钙石的主要化学成分为氧化钙占30%～50%；五氧化二磷占20%～30%；其余为二氧化碳、氟和其他金属氧化物。
大陆边缘的海底磷钙石有三种类型：磷钙石结核、磷钙石砂和磷质泥，以前两种为重要。磷钙石结核是一些各种形状的块体，大小不一，颜色各异。一般直径为5厘米，大者有如一只只大冬瓜，最大的超过100千克。从美国圣迭戈以西的海底采集到一块大磷钙石，重128千克。它的颜色有的呈奶油色，有的呈深褐色或黑色。磷钙石结核结构致密，坚硬如铁。它的表面常蒙一层薄薄的氧化锰，呈玻璃光泽。磷钙石砂要比结核小得多，呈颗粒状，大小一般为0.1～0.3毫米，颇似一粒粒鱼卵。
磷钙石结核和磷钙石砂多分布于海湾浅水区、大陆架的外部、大陆坡的上部和海底滩脊的顶部。在水深几十米、几百米甚至3000米深的水域，都有发现。它们常和沙、泥、砾等海底表面沉积物掺杂一起。含磷钙石的沉积物一般呈薄层状，覆盖于海底。磷钙石在海底分布的密度为1千克/米2。有资料表明，在北纬45°以北和南纬50°以南，没有发现富集的磷钙石。而在北纬45°至南纬50°这一宽阔的纬度带内都有广泛的分布。如美国、墨西哥、智利、秘鲁、阿根廷、西班牙、南非、中东、日本、印度、澳大利亚、新西兰等国家和地区附近海底，都有富集的磷钙石矿。其中，尤以美国的加利福尼亚海岸外最为著名。它是美国于1937年首先发现的一个浅海矿区，直到20世纪60年代，经过多次调查才确定其规模。从圣弗朗西斯科到加利福尼亚湾的北面，发现了100多个矿床，绵延1800千米，每平方米海底含有0.67～1.35千克磷钙石结核。据估算，在加利福尼亚近海区磷钙石结核的覆盖面积大概有1.5万平方千米，储藏量多达10亿吨以上。此外北美东部的大陆边缘的宽阔海域，也是磷钙石结核的富集区。在新西兰岛沿岸300～400米深的海底勘探到约1500万吨的磷钙石矿，如用作磷肥，可供新西兰用10年。
世界海底的磷钙石矿总储藏量约3000亿吨，按目前世界各国陆上开采磷矿的生产水平，只要取其1/10，就可供几百年开采。可见海底的磷钙石多么富集！海底磷钙石不仅储量丰富，而且开采和选矿也方便，确实是一种很有开采前途的海底矿藏。还有一种情况，就是陆上的磷矿集中在少数国家和地区如美国、俄罗斯、摩洛哥等。为了满足其他国家的需要，必须长途运输，有时运输价格超过了矿物本身价格数倍。这将促使缺少陆上磷矿资源的国家向海底要磷钙石资源。目前，日本、澳大利亚等国正加紧勘探，准备开采海底磷钙石矿。
海洋是磷质的“仓库”，江河入海捎来大量的磷，海洋里从微生物到庞大的鲸类，身上都含有磷。各种来源的磷都汇集在海洋里贮存，是什么因素使磷质高度浓集而形成磷钙石矿呢？
最初，人们认为海底磷矿是由于海水温度、压力、盐度的变化，引起大量浮游生物的死亡而造成的。由于海洋生物的遗体及排泄物中都含有丰富的磷，如脊椎动物骨骼中含磷酸钙58%，一些贝壳内含五氧化二磷高达36.5%。所以它们死亡以后，遗体下沉，造成海底磷的集积。这就是磷矿生物成因说。
后来，有人根据陆地上沉积磷矿的研究以及现代海洋中不同深度带的磷的含量变化资料，又提出磷钙石在海底陆缘带的化学成因说。这种学说，根据五氧化二磷含量的变化，将海水分为四层。第一层水深0～50米，是浮游生物的光合作用带。由于生物的生长和繁殖，从海水中吸取了大量的磷，因而使海水中的五氧化二磷浓度大大降低，每立方米海水一般只含有10～50毫克。第二层水深50～350米，是生物遗体下沉通过带，五氧化二磷虽有所增高，但含量仍很低。第三层水深350～1000米，为生物遗体大规模分解带，从生物遗体中分解出来的磷酸盐，使海水中的五氧化二磷浓度增高到300毫克以上。第四层水深1000米以下，由于生物遗体很难达到，五氧化二磷浓度又降低。当饱含二氧化碳和五氧化二磷的深层水随着海底上升水流被带到大陆架浅水区时，由于水温变高、压力降低，二氧化碳就会从水中逸散，或为生物所吸收，或生成碳酸钙沉淀。这样久而久之，就在海底形成巨大的磷钙石堆积。
磷钙石的成因除上述两种解释外，也有人提出另外的看法，认为富含磷沉积物的海水，可以和沉积物中的钙质物质作用生成磷钙石。
虽然磷钙石的成因迄今还有争论，但大量证据表明，生物和化学因素是磷钙石形成的主要原因，至于不同海域的磷钙石形成的不同过程，尚有待进一步探讨研究。
海绿石同磷钙石一样，都是分布在大陆边缘的海底矿石，它们常常混杂一起，成为邻居。
