Hlubiny oceánů skrývají stále mnoho vědeckých záhad, některé se již podařilo odhalit, jiné na své odhalení teprve čekají. Jednou z již odhalených je objevení zvláštních černých neforemných kuliček, tvarem připomínajících brambory. Ty by mohly být v budoucnu zajímavým zdrojem pro získávání kovů.
V sedmdesátých letech 19. století byly naše představy o tom, jak vypadá dno hlubokého oceánu velmi mlhavé. To se však mělo brzy změnit. V roce 1873 totiž vyplula na moře na tříletou vědeckou expedici britská loď Challenger a na její palubě byl výkvět tehdejších oceánografů, specialistů na různé discipliny.
Loď byla vybavena zařízením na odběr vzorků z hloubek několika kilometrů, na palubě nechyběla ani chemická laboratoř či přístroje na zkoumání mořské fauny, flóry a hornin.
Co je to za „brambory“?
Z tehdy publikovaného podrobného deníku vyčteme, že 18. února 1873 vynesl drapák ze dna Atlantiku, nedaleko od Kanárských ostrovů, na palubu nejen jílovitou usazeninu, ale i několik zvláštních černých neforemných kuliček, tvarem připomínajících brambory.
Chemická analýza ukázala, že jejich složení je zcela odlišné od běžných hlubokomořských sedimentů. Obsahovaly totiž neobyčejně vysoké množství manganu a železa. Na své další cestě nalezl Challenger podobné „brambory“ i jinde v oceánech. Vedoucí výpravy sir Murray jich nashromáždil několik set, po návratu do Anglie je s ostatními vzorky uložil do sbírek a pak se na ně na téměř 60 let zapomnělo.
Je to ruda budoucnosti?
S příchodem vynálezů moderních zařízení na zkoumání hlubokomořských sedimentů nabrala ve 30. letech 20. století mořská geologie znovu na obrátkách a o záhadné kuličky se vědci začali znovu zajímat. Psali o nich jako o manganových konkrecích (z anglického manganese concretions nebo manganese nodules).
Navíc se zjistilo, že tyto útvary nejsou v mořích vůbec ojedinělé. Na některých místech v Pacifiku i Atlantiku je jimi dno doslova poseto, někde dokonce tak, že se až vzájemně dotýkají a mořské dno pak vypadá jako městská dlažba.
Bylo sice již známo, že nejhojnější jsou v hloubkách mezi 4 a 5 km, stále však byly považovány jen za jakousi mineralogickou kuriozitu. To se ale změnilo v roce 1958 během Mezinárodního geofyzikálního roku. Tehdy se odborníci shodli, že se záhadné „brambory“ s vysokým obsahem manganu a dalších kovů, (mědi, niklu, kobaltu a zinku) mohou stát novou skvělou a perspektivní rudou.
Novým poznatkům se přizpůsobilo i pojmenování slibných kuliček. Bylo doporučeno pozměnit název na železomanganové konkrece místo pouhých manganových, a to z prostého důvodu, že železa obsahují mnohdy více než manganu. V posledních letech někteří ekonomové a rudní geologové užívají i názvu polymetalické konkrece, aby tak vyjádřili zvýšená množství dalších kovů, tedy nejen manganu a železa.
Honba za tajemnou rudou
Jakmile se manganové konkrece „staly“ rudou, zájem vědců o ně okamžitě stoupl. Podmořské fotografie odhalovaly jejich výskyt a množství, drapáky i „podmořské hrábě a vysavače“ je vynášely na palubu lodí, laboratoře několika zemí se předháněly v tom kdo zjistí, kolik je v nich kovů, z jakých minerálů jsou, jak vznikají a jaké jsou jejich zásoby na mořském dně. Potvrdil se předpoklad, že jsou rozsety ve všech oceánech, nejvíce jich však je v Pacifiku nedaleko od severoamerického pobřeží, v rovníkovém Indickém oceánu a v západním Atlantiku. Nejdůležitější je, že téměř 100 % těchto útvarů se vyskytuje v hloubkách mezi 4 a 6 km, že jsou uloženy převážně v sedimentu, kterému říkáme rudý jíl. Částečně vyčnívají ze sedimentu do mořské vody, jejich spodní část je však pohřbena v usazenině.
Jsou nejčastěji od 1 do 5 cm velké, byly však nalezeny i půlmetrové, vůbec největší vážil 750 kg. Jejich tvar je kulovitý, vejčitý, karfiolovitý, někdy zcela srůstají a tvoří kůry. Povrch mají hladký nebo nepravidelně ledvinitý, některé se tvarem podobají obří malině. Barva je smolně černá až hnědavá, po vyschnutí se na povrchu objevuje bílý poprašek.
Neuvěřitelně vysoké zásoby
Po rozříznutí kuličky se objeví její jádro a kolem něj více či méně pravidelné milimetrové vrstvičky různých barev, připomínající letorosty stromů. Z toho lze odvodit, že vznikly přirůstáním minerálů kolem jádra, jímž, jak bylo zjištěno, mohou být úlomky čediče, kůstky organismů žijících na dně, rybí šupiny, žraločí zuby, úlomky sopečného skla nebo minerální shluk. Vrstvičky se liší složením, některé jsou tvořeny oxidy manganu, některé oxidy a hydroxidy železa, jiné křemičitany a uhličitany.
Celkové chemické složení konkrecí je tedy dost proměnlivé, navíc se liší od oceánu k oceánu, místo od místa. Většinou však jej lze vyjádřit tímto rozmezím: Mangan 13 – 25 %, železo 10 – 20 %, křemík 6 – 9 %, hliník 2,5 – 3,3 %, vápník 2 – 4,5 %. Kromě manganu a železa vědce samozřejmě zajímá obsah dalších ekonomicky důležitých těžkých kovů: Nikl 0,4 – 0,9 %, měď 0,2 – 0,7 % a kobalt 0,2 – 0,5 %. I zinku a olova je zde více než v obyčejných horninách.
V poslední době byl v konkrecích zjištěn i zajímavý zvýšený obsah zlata, stříbra a uranu a dokonce i vzácných zemin (zvláště ceru, neodymu a lanthanu). Konkrece jsou tak velmi slušnou rudnou surovinou.
Dá se samozřejmě namítnout, že koncentrace těžkých mědi, niklu a kobaltu jsou tu nižší než v žilných ložiscích, ale to zas nahrazují obrovskými objemy této suroviny. Množství je až neuvěřitelné, podle jejich nakupení na mořském dně se odhaduje na bilion tun. A to počítáme jen s konkrecemi na povrchu dna. Kdybychom připočítali i ty pod povrchem, došli bychom k množství dvojnásobnému.
Stále dorůstají
Známe-li přibližné množství konkrecí na mořském dně a jejich chemické složení, snadno spočítáme zásoby důležitých kovů. Pokud například počítáme s průměrným obsahem 20 % manganu, pak by jeho zásoby měly být cca 200 miliard tun (pro porovnání se například světové zásoby ropy odhadují na 173 miliardy tun). U mědi, niklu a kobaltu je to samozřejmě méně, jelikož jejich koncentrace obvykle nepřevyšují jedno procento, ale i tak jsou to zásoby obrovské. Odhaduje se, že 60 000 tun vytěžených konkrecí by krylo roční českou spotřebu kobaltu a milion tun naši roční spotřebu niklu.
Konkrece se již tři desetiletí těží na několika místech, především nedaleko od kalifornského pobřeží a u pobřeží Japonska. Jde však zatím o těžbu spíše pokusnou, kolik bylo vytěženo se přesně neví, ale odborníci jsou si jisti, že to není ani zdaleka tolik, o kolik konkrece dorůstají. Radioaktivními metodami bylo totiž potvrzeno, že konkrece přirůstají velmi pomalu, rychlostí 5 až 20 mm za milion let. Vezmeme-li však v úvahu jejich obrovské množství, pak zjistíme, že ročně jich přibude na 80 000 tun, což znamená asi 20 000 tun manganu, o něco méně železa a stovky tun mědi, niklu a kobaltu.
Odkud se berou?
Názory odborníků na vznik se různí, doposud bylo publikováno na 15 teorií. Musíme ale vycházet z toho, že se konkrece tvoří tam, kde se okolní sedimenty usazují velmi pomalu, jinak by nemohly být v takovém množství na povrchu dna a byly by dávno pohřbeny. Víme, že část jich je ponořena do sedimentu, část nad něj vyčnívá do mořské vody, rostou však obě tyto části.
Odkud se ale bere takové množství manganu a dalších kovů? Jsou v podstatě dvě možnosti. Jedním ze zdrojů může být například pevnina, odkud řeky přinášejí do moře tisíce tun kovů ročně. Část se usadí v mělkém moři, část se však rozpustí a jako roztok se stává součástí oceánské vody. Za určitých okolností se pak takové kovy mohou srážet hluboko na mořském dně jako manganové konkrece.
Černí a bílí kuřáci
Druhým možným zdrojem jsou sopečné pochody na mořském dně. Činné podmořské sopky jsou na oceánských hřbetech, na podmořských horách i na tektonických poruchových zónách. Vylévá se láva, je vyvrhován popel a ze dna stříkají prameny horkých vod, podle barvy zvané poeticky černí a bílí kuřáci. Právě černí kuřáci vděčí za svou barvu jemně rozptýleným sirníkům manganu a dalších kovů. Další a další nálezy takových horkých pramenů přesvědčují geology, že by podobné vulkanické zdroje manganu a jiných kovů mohly hrát podstatnou roli při vzniku našich konkrecí.
K této představě přispěla i skutečnost, že kromě konkrecí najdeme na oceánském dně i manganové kůry s vysokým obsahem kobaltu a tzv. oceánské hydrotermální rudy, jejichž usazování z horkých roztoků je jasné. Pevninský zdroj manganu však nemůžeme zcela vyloučit, neboť některá místa na oceánském dně jsou příliš vzdálena od vulkanických zdrojů.
Obrovské překvapení vědců
Objasněná otázka zdroje však ještě neřeší vlastní mechanismus tvorby konkrecí. Jasné je, že na rozhraní dna s vodou je určité zvláštní prostředí právě mezi oxydačními a redukčními podmínkami Pokud dojde k posunu k redukčnímu prostředí, kovy se mohou srážet. Totéž probíhá i uvnitř sedimentu, kde stejnou hlavní roli hraje voda v jeho pórech.
Na konci 80. let vědci zřejmě chytili tu pravou stopu. Mineralogové tehdy fotografovali povrch konkrecí řádkovacím elektronovým mikroskopem, zvětšujícím až 50 000krát. Ke svému obrovskému překvapení zjistili, že jsou na něm miliony jednobuněčných organismů, hlavně bakterií. Právě ty tedy mohou být původci toho, že dochází ke změně mikroprostředí, ovlivňujícího srážení kovů.
Podmořské snímky pak prozradily, že kolem konkrecí se shlukuje hlubokomořská fauna, společenstva žijící u dna (bentická), a že někteří korýši jako kdyby se dokonce na konkrecích pásli. Zřejmě se živí těmito primitivními organismy. Navíc jsou někde konkrece vyrovnány kolem doupat hlubokomořských červů, kteří je posunují a umísťují na dosah svých orgánů.
Těžba budoucnosti?
V 80. letech 20 století se předpokládalo, že v 21. století již bude naplno probíhat těžba oceánských konkrecí. K tomu ale prozatím nedošlo, hlavně proto, že náklady na těžbu, dopravu a zpracování jsou obrovské a suchozemské zdroje kovů nejsou ani zdaleka vyčerpány. Zájem odborníků však trvá, vyvíjejí se metody těžby i zpracování, probíhají politická i hospodářská jednání.
Bylo dokázáno, že těžba i v mnohakilometrových hloubek je možná, a to jak systémem obřího vysavače, tak za pomoci korečkových rypadel či vlečeného sběrače. Ekonomové pochopitelně hýří výpočty možných zisků. Podle jednoho z odhadů by velká společnost, těžící ročně 3 miliony tun konkrecí, vydělávala po 20 let mezi 11 a 26 miliardami dolarů na získávání manganu, niklu, mědi a kobaltu.
Budeme těžit i my?
Česko i Slovensko jsou členy organizace Interoceanmetal se sídlem v polském Štětíně, která má statut tzv. kontrahenta s právy na využití mořského dna v rozloze 75 000 km2. Je to oblast v Tichém oceánu, známá jako zóna Clarion-Clipperton, vzdálená přibližně 2000 km západně od pobřeží Mexika a nazvaná tak podle dvou velkých poruchových pacifických zón.
V této oblasti je jedna z největších akumulací manganových konkrecí s plochou 9 milionů km2 (téměř rozloha Číny) a se zásobami 7 500 milionů tun manganu, 340 mil. tun niklu, 265 mil. tun mědi a 78 mil. tun kobaltu. To jsou obrovské zásoby důležitých kovů, na které ekonomové ani politici nezapomenou a k jejichž využití přes všechny problémy v budoucnu jistě dojde.
Sedimenty hlubokých moří
V hloubkách 4 až 6 km, tam kde jsou manganové konkrece, se usazují vápnité nebo křemité kaly a jíly. Vápnitý kal je tvořen hlavně schránkami jednobuněčných organizmů, dírkovců. Křemité kaly pak vznikají ze schránek mřížovců (řád prvoků) a rozsivek (nižší rostliny).
Obrovskou plochu oceánské dna pokrývá rudý jíl, tvořený jílovými minerály a menším množstvím velmi jemnozrnného křemene, živce, slídy, vulkanického i kosmického materiálu. Manganové konkrece se vyskytují na všech druzích hlubokomořských sedimentů, převážně však na rudém jílu, který se usazuje nejpomaleji, rychlostí pouhých několika milimetrů za tisíc let.
Co jsou to konkrece ?
Konkrece jsou podle geologů různě velké, hlavně kulovité, či vejčité útvary uzavřené v sedimentech a lišící se od okolí svým složením.
Známe tak konkrece vápnité (v jílovcích a pískovcích) a křemité (ve vápencích). Křemitými konkrecemi jsou např. pazourky uložené ve vápnitých sedimentech křídy.
Konkrece vznikají shlukováním materiálu buď ještě v nezpevněném sedimentu nebo i později po jeho zpevnění. Často se tvoří kolem jádra, např. kolem zkameněliny nebo kolem klastického zrna a valounku. To platí i pro manganové konkrece, které jsou ovšem uzavřeny v sedimentu jen zčásti.
Drahá těžba a zpracování
Optimistické vize 70. let 20. století na brzkou těžbu manganových konkrecí byly poněkud schlazeny ekonomickými úvahami a výpočty obrovských nákladů. Náklady na těžbu, dopravu i zpracování totiž značně převyšují předpokládaný zisk. Více než 50 % nákladů by připadlo na zpracování.
Metalurgické postupy získávání neželezných kovů, tj. kobaltu, niklu, mědi, zinku, molybdenu a olova byly již vyzkoušeny v poloprovozu, některé metody dokonce i v Česku. V úvahu přicházejí pyrometalurgické a hydrometalurgické postupy. Druhé metody zahrnují loužení kyselinami, loužení amoniakem, bakteriální a kombinované loužení. Vyzkoušeny byly i kombinované postupy s tavením konkrecí na slitinu neželezných kovů a strusku bohatou sulfidem manganu.
Další podmořské zdroje kovů
Později než manganové konkrece byly v oceánu objeveny další možné zdroje kovů. Perspektivy jejich využití jsou dnes slibnější než u samotných konkrecí. Nadějnou budoucnost mají oceánské takzvané hydrotermální rudy. Je to nahromadění kovů, převážně v podobě kup, kolem horkých pramenů o teplotě až 380oC. Dnes je známo na 40 takových lokalit, a to na středooceánských hřbetech, kolem podmořských hor a na poruchových zónách. Každým rokem jsou však hlášeny další nálezy.
Hydrotermální rudy jsou tvořeny sulfidy zinku, mědi a železa, z poněkud chladnějších pramenů se srážejí oxidy a hydroxidy železa a manganu a z nejchladnějších opál a baryt. Pozoruhodné jsou zvýšené obsahy zlata.
Tyto rudy se vyskytují v menších hloubkách než konkrece, nejčastěji v rozmezí 1500 až 2500 m. Výpočty zásob rud a kovů se rok od roku mění, ale celkový objem se odhaduje na 100 milionů tun, z toho například 4 milionů tun zinku, 2 miliony tun mědi a 50 tun zlata.
Zajímavé jsou i tzv. kobaltonosné kůry. Jsou to opravdové kůry, vyskytující se hlavně na svazích podmořských hor a na čedičích hřbetů, někde i na hlubokomořských sedimentech. Kromě manganu mají zvýšené množství kobaltu, a to až 2,3 %.
