マンガン団塊

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マンガン団塊マンガンノジュール (: manganese nodule)、多金属ノジュール(: polymetallic nodule)とは、海底のコンクリーション(凝結物)であり、コアの周りに同心円状に層状に形成された、水酸化と水酸化マンガンからなるノジュールである。コアは顕微鏡的サイズであることもあり、結晶化作用により完全にマンガン鉱物に置き換わっていることもある。コアが肉眼で見える場合は、微化石(放散虫有孔虫)の殻[1]や、燐灰石などのリン酸塩鉱物に置換されたサメ[1]や、玄武岩のデブリ、さらにはすでに形成されていた別のモジュールの破片であることもある。

マンガンノジュール(写真の幅は20cm)

ノジュールにはいろいろなサイズのものがあり、小さいものは顕微鏡下でのみ観察可能な粒子であるが、大きいものは20cm以上の大きさのペレットである。しかし、もっとも多いのは直径5cmから10cm程度で、ちょうどジャガイモくらいの大きさである。ノジュールの表面は普通平滑であるが、場合によってはラフであったり、ブツブツした乳頭状のものがあったり、不規則であったりする。[1]一般的には、堆積物に埋まっている底面側は上部よりラフである。

ノジュールの成長と化学組成[編集]

マンガンノジュールの成長は地質学的な現象の中でも遅いものの一つで、放射性同位体元素の分析によれば1cm成長するために数百万年単位の時間を要する。[2]いくつかのプロセスがノジュールの形成に寄与していて、それには大陸から流入するなどして海水に含有された金属沈殿した (海洋起源 hydrogenous)もの、海水中のマンガンの垂直移動に伴うもの(diagenetic 二次的生成)、火山活動に伴う温泉水から派生した金属によるもの(熱水起源 hydrothermal)、玄武岩デブリの分解によるもの(halmyrolitic)、微生物の活動による(水)酸化物の沈殿によるもの(生物起源 biogenic)がある。

海水からの化学的沈殿には、ノジュールに含まれる酸化鉄が触媒として働いていると考えられている。 生物起源には有孔虫の底生群集によるものと、バクテリアによるMn2+の酸化[3]が考えられている。

複数のプロセスが並行的に作用することもあるし、あるプロセスの後に別のプロセスを受けて成長することもある。

マンガンノジュール中のMnO2は主に轟石バーネス鉱ベルナド鉱(δ MnO2)として存在している。轟石は2価のマンガンを含んでおり、これがZn2+,Ni2+,Co2+に置換することでこれらの金属を含むことができると考えられている。[4]δ-MnO2はもっとも結晶化されていないものである[5]が、この中にはCoを多く含むものも存在する。

太平洋の深海底から採取されたマンガンノジュール

モジュールの化学組成はマンガン鉱物の種類やサイズ、それとコアの性質によって変化する。経済的観点からもっとも興味のある種類について言えば、マンガン(27%-30%)、ニッケル(1.25-1.5%)、(1-1.4%)、コバルト(0.2-0.25%)を含む。また、別の種類のものは(6%)、ケイ素(5%)、アルミニウム(3%)とそれより少ない量ののカルシウムナトリウムマグネシウムカリウムチタンバリウムを主に水酸化物として含む。

分布[編集]

マンガンノジュールは海底の堆積物に横たわっている。多くは、半分もしくは完全に堆積物に埋もれている。その量は場所により大きく異なり、多い場所ではノジュールが互いに接しあうようになっていて海底の70%を占めていることもある。 ノジュールの総量は、ロンドン地質博物館のAlan A. Archerの見積り(1981)によれば、5,000億tである。 どの深さにも分布しうるものであり、湖にも[6]存在する。しかし、もっとも高密度に分布するのは深海平原の深さ4,000mから6,000mにわたる深海である。

マンガン団塊は1868年に北極海シベリア沖、カラ海で発見された。チャレンジャー号(HMS Challenger)科学探検航海 (1872–1876)により、世界中の大洋のほとんどに分布することを発見した。ノジュールの中でもっとも経済的に興味のあるものは、以下の三つの地域で発見されている。

これらの有益な堆積物の多くが、ノジュールの残骸や、集中として、ハワイ中央アメリカの間にある東赤道太平洋のClipperton Fracture Zoneにある。

採掘[編集]

マンガンノジュールの開発への関心の高まりは、1960年代1970年に鉱業コンソーシウムの間で大きな活動を起こした。 有望な資源を調査し、採掘と精錬の技術を研究開発するために数億ドルもが投資された。 初期の実験は、アメリカ合衆国カナダイギリス西ドイツベルギーオランダイタリア日本が参加する四つの国際コンソーシウムと、フランスと日本の私企業と機関のグループによって主になされた。 また、公的資金が投入されている機関がソビエト連邦インド中国にあった。

1970年代の中盤、7,000万ドルの国際ジョイントベンチャーは数トンものマンガンノジュールを東赤道太平洋の深海平原(深さ5,500m以上)から集めることに成功した。集められた「鉱石」から、多くの量のニッケル(このプロジェクトでの一応の目的金属)とコバルトが乾式冶金と湿式冶金の両方で抽出された。この8年のプロジェクトにはいくつかの開発が付随して行われていて、これには、曳航されたサイドスキャンソナー配列シルト上のノジュールの数密度を評価し、同時に垂直向きの誘導低周波音響ビームによるサブボトムプロファイリングを行ったことなどがある。

このプロジェクトで養われた技術とノウハウは一度も商業化されることはなかった。というのも最近(2000年ごろ)の数十年、ニッケルの生産は十分であったからである。 見積りで35億ドル(1978年)もの投資額も、商業化が難しい要因の一つである。この分野で住友金属鉱山は、地位を維持する程度の小規模な活動を続けている[7]

開発と法律[編集]

ノジュール開発の希望は、法域の外にある深海底は人類の共有財産として扱い、収益は開発国と残りの国際社会で配分されるべきだと発展途上国が提案した一つの主要な要因であった。 このイニシアチブは国連海洋条約の採択(1982)と、公海におけるすべての深海採掘をコントロールする責任をもった国際海底機構の設立(1994)に結実した。この機構の最初の法的な成果は、開発におけるあらゆる副作用から海洋環境を保護する既定を含むマンガンノジュールの開発規制の採択であった。機構はこれに続いて7つの私的・公的主体と15年契約を結び(2001-2002)、それぞれに75,000km2の広さの指定された海底でノジュールの探査を行う排他的な権利を与えた。探査の初期に重要な役割を果たしたアメリカ合衆国は、国際海洋条約の非参加国として協定の外にいる。


鉱山開発会社Kennecott Copperは、マンガンノジュールの採掘によって得られる潜在的利益を調査したが、それによると採掘はコストに見合わないことが明らかになった。環境問題と利益が分配されなくてはならないことの他に、マンガンノジュールを海底から採取する安価な方法がないためである。

そのうちに、ノジュールの採掘への興味は薄れていった。これは主に三つの原因によって説明されるだろう。

  • 5,000mもの深海からノジュールを取り出し、海上まで輸送する経済的な方法を開発、運用するためには困難や支出が伴うこと。
  • 高い採掘税が国際的に課せられるであろうこと。
  • 今もって、重要な鉱物が陸上の鉱山から市場価格で提供されていること。

こうした理由から、マンガンノジュールの商業的採掘が数十年以内に始まるとは考えられていない。

採掘した場合の自然環境への影響[編集]

深海での採掘は、数万kmにも渡って深海のエコシステムに影響しうる。また、ノジュールの成長には数十年から数百万年かかり、採掘は持続不能で、回復不能なものである。 人類は深海の生物とその生態についてほとんど知らないので、採掘の影響を予測するのは大変困難である。環境変化や底生生物の直接的な死、堆積物を浮遊させることによる濾過摂食者の窒息死などを引き起こす恐れがある。[8]

関連項目[編集]

参考文献[編集]

  1. ^ a b c On the cruise of H.M.S. Challenger p.39
  2. ^ Underwater Minerals p.121-126
  3. ^ Xiaohong Wang, Lu Gan, Matthias Wiens, Ute Scholossmacher, Heinz C. Schroeder, Werner E.G. Mueller (2012). “Distribution of microfossils within polymetallic nodules: biogenic clusters within manganese layers”. Marine Biotechnology. doi:10.1007/s10126-011-9393-4. 
  4. ^ Underwater Minerals p.132
  5. ^ Underwater Minerals p.100
  6. ^ W.E. Dean, W.S. Moore, K.H. Nealson (1981) "Manganese cycles and the origin of manganese nodules, Oneida Lake, New York, U.S.A." Chemical Geology Vol. 34 Issues 1-2, pp. 53-64
  7. ^ マンガンノジュールの有価金属回収方法 - Patentjp.com(住友金属鉱山が1994年に出願した特許)
  8. ^ Glover, A. G.; Smith, C. R. (2003). “The deep-sea floor ecosystem: current status and prospects of anthropogenic change by the year 2025.”. Environmental Conservation 30 (3): 21–241. doi:10.1017/S0376892903000225. 

このトピックを扱った文献[編集]

外部リンク[編集]