Konkrecje polimetaliczne pola Clarion–Clipperton

Pole konkrecjonośne Clarion–Clipperton zajmuje wśród rozpoznanych pól wyjątko-wą pozycję i odznacza się wyższym niż inne wskaźnikiem konkrecjonośności – średnio 6,72 kg/m², przy równocześnie najwyższej koncentracji metali (rys. 6). Konkrecje zalega-ją w tym polu na głębokościach od 3800 do 5200 m, a średnie zawartości głównych metali wynoszą: dla manganu od 28 do 32%, dla niklu od 1,1 do 1,4%, w przypadku miedzi od 0,95 do 1,3%, a dla kobaltu od 0,18 do 0,21% wag. Zasoby przypuszczalne (inferred)

Rysunek 6.

Szacunkowe zasoby konkrecji polimetalicznych pola Clarion–Clipperton na Pacyfiku (ISA 2010; Kotliński 2011; Kotliński i in. 2008)

konkrecji polimetalicznych w polu Clarion–Clipperton szacowane są według danych ISA (2010) na około 21,1 · 10⁹ t, a zasoby metali: Mn – na 5,95 · 10⁹ t, Ni – 270 · 10⁶ t, Cu – 234 · 10⁶ t, a Co – 46,4 · 10⁶ t (ISA 2010; Kotliński 2011; Kotliński i in. 2008).

Najwyższą gęstość pokrycia dna konkrecjami rejestruje się w interwale głębokości 4200–

–4500 m p.p.m.

Ujawnione prawidłowości przestrzennego rozmieszczenia konkrecji są bezpośrednio związane z genezą hydrogeniczno-diagenetyczną, tj. hydrogenicznym wytrącaniem agre-gatów koloidalnych Fe-Mn, sorpcją metali z wód przydennych i diagenetycznymi prze-obrażeniami konkrecji (ISA 2010; Kotliński 1999, 2001, 2011). Złożony przebieg pro-cesów formowania konkrecji jest ściśle skorelowany z interwałem położenia głębokości krytycznej kompensacji węglanu wapnia (CCD), tj. około 4400 m p.p.m. i niskim tempem akumulacji osadów.

W polu konkrecjonośnym z rejestrowanym obniżeniem dna w kierunku z N na S – od strefy rozłamowej Clarion do Clipperton – zmniejsza się udział konkrecji „H” i „HD” – typu przejściowego (rys. 7b), o rozmiarach modalnych <6 cm, a stopniowo zwiększa się udział konkrecji „D”, o rozmiarach modalnych >6 cm (rys. 8).

Rysunek 7c.

Konkrecje typu „D”, Fot. IOM

Konkrecje dyskoidalne i elipsoidalne typu diagenetycznego „D”

mają większe rozmiary około 6–12 cm i silnie urzeźbioną powierzchnię oraz zwykle występują poniżej interwału

głębokości CCD, od 4500 m p.p.m.

Rysunek 7b.

Konkrecje typu „HD”, Fot. IOM

W interwale głębokości 4200–4400 m p.p.m. występuje przejściowy typ konkrecji „HD” odznaczający się podwyższoną zawartością Mn >30,5% oraz Ni i Cu,

przy niższej zawartości Co <0,18%

Rysunek 7a.

Konkrecje H, Fot. IOM Na poziomie głębokościowym CCD

(calcium compensation depth), na głębokości około 4200 m, dominują małe (<4 cm) konkrecje sferoidalne o gładkiej powierzchni typu hydrogenicznego „H” i podwyższonej zawartości Fe (10,32%) i Co (0,23%) oraz relatywnie niższych

zawartościach Mn, Ni i Co

Należy podkreślić, że w konkrecjach typu „D” jądra zawierają z reguły rozkruszone starsze konkrecje (rys. 7c). Same konkrecje często są rozkruszone i zalegają na powierzch-ni dna, przysypane osadami lub pogrążone w osadach (buried nodules) do 40–50 cm (Kotliński 2011). W konkrecjach typu „H” (rys. 7a) dominują amorficzne fazy mineral-ne δ MnO₂ – wernadyt. Natomiast w konkrecjach typu „D” fazy krystaliczne todorokit i birnessyt (Kotliński 1999, 2011; Kotliński i in. 2009). Przestrzenne występowanie typów genetycznych konkrecji i koncentracje w nich metali są wyrazem zmienności składu mi-neralnego i warunkują jakość kopaliny. Ze wzrostem głębokości z N na S (15–9° N) reje-struje się rosnącą zawartość Mn i Cu w konkrecjach, przy zmniejszającym się udziale Ni i Co. Podwyższonymi zawartościami Co odznaczają się konkrecje typu „H” i „D” wystę-pujące w północnej części pola. Zwiększone udziały Mn, Cu i Ni rejestruje się w konkre-cjach typu „D” w centralnej części pola, zaś na południu wyraźnie wzrasta w konkrekonkre-cjach tego typu udział Mn. Obszar dokumentacyjny IOM (lokalizację oznaczono na rys. 13), o powierzchni 75 000 km², odznacza się zmiennymi zawartościami metali w konkrecjach:

1,25–1,50% Ni, 1,0–1,4% Cu, 27–30% Mn i 0,15–0,25% Co (tab. 3). Zasoby konkrecji zalegających na powierzchni dna obszaru wydobywczego IOM (B2) oszacowano przyj-mując średni wskaźnik gęstości pokrycia dna konkrecjami 9,8 kg/m², przy zawartości Mn – 31,6% i sumie Cu + Ni + Co – 2,73%. Szacunkowe zasoby konkrecji mokrych na

„działce” IOM pozwolą na prowadzenie wydobycia na założonym poziomie 4 mln ton rocznie przez 20 do 25 lat.

Kontury, rozmiary i forma izolowanych produktywnych stref złożowych determino-wane są przez relief dna. Granice nagromadzeń „pasmowych” (streaked), o szerokości od 2 do 10 km i długości do kilkudziesięciu kilometrów, wyznaczone są przez kontury

Rysunek 8.

Przestrzenne rozmieszczenie typów genetycznych konkrecji we wschodniej części pola Clarion–Clipperton (na podstawie Yubko i Kotliński 2009)

wyniesień i obniżeń, zwykle o nachylonych zboczach (Kotliński 2011). Natomiast nagro-madzenia „płatowe” (patchy), o szerokości koło 70 km i długości do 120 km, występują na wyrównanych powierzchniach dna. Wyróżnione rodzaje nagromadzeń wykazują dużą zmienność zarówno pod względem rozmiarów, jak też rozmieszczenia konkrecji. Dla przykładu, zasoby łączne suchych konkrecji polimetalicznych w obszarze poligonu IOM H11, policzone w geometrycznych blokach o wymiarach 2 × 2 km, wynoszą około 30 mln +/– 7 mln t, tj. z błędem względnym około 21%. Zasoby metali wynoszą odpowiednio:

Mn – 9,9 mln t, Ni – 410 000 t, Cu – 405 000 t, Co – około 49 000 t. W przeliczeniu na tzw. nikiel ekwiwalentny stanowi to około 1,4 mln t (Maciąg 2012).

Konkrecje polimetaliczne z obszaru IOM są zdominowane przez Mn-(Fe) wernadyt.

W mniejszej ilości w poszczególnych generacjach przyrostowych występuje Na-birne-ssyt, buseryt, oraz śladowo todorokit i asbolany. W grupie tlenków i wodorotlenków Fe stwierdzono obecność ferrihydrytu i feroxyhytu, jak również ślady goethytu. Przemiany diagenetyczne minerałów Mn-(Fe) wpływają zasadniczo na wzrost zawartości metali (Ni, Cu, Co) w poszczególnych generacjach przyrostowych. Podwyższone zawartości REE związane są z procesami typowo hydrogenicznymi, jak również obecnością bary-tu, fosforanów biogenicznego pochodzenia, skaleni oraz minerałów ilastych (nontronitu i celadonitu).

Podwyższone zawartości niektórych metali, w szczególności Cu i Ni, jak również REE, stwierdzono w osadach powierzchniowych IOM (rys. 9), co związane jest z wystę-powaniem stref o podwyższonej bioproduktywności (baryt, apatyt), większą zawartością minerałów ilastych, jak również procesami wczesnej diagenezy i wysokim potencjałem redox. Zawartość Ni i Cu, jak również REE, w pewnych obszarach dna IOM H11 znaczą-co przekracza 1000 ppm. Łączne zasoby Ni, Cu i Co w osadach powierzchniowych tego poligonu przekraczają 135 000 t, natomiast ilość REE to około 60 000 t. Pierwiastki ziem rzadkich zdominowane są przez Y, Ce, Nd i La (Maciąg i Zawadzki 2019).

Tabela 3.

Średnie zawartości metali w konkrecjach w perspektywicznym obszarze złożowym IOM na Pacyfiku (Abramowski i Kotliński 2011)

Metale

Mn Fe Ni Cu Co Pt Au Ag Y La Ce Nd Sm Mo

% wag. ppm

31,6 5,42 1,32 1,23 0,18 0,01–0,05 + + 68,7 71,7 162,0 85,6 20,0 56,84