Добыча и разработка месторождений
В области шельфа ученые различают две части: береговую зону до глубины 10—15 метров и зону стабильных течений до бровки континентального склона. В прибрежной зоне главный динамический фактор — ветер, вызывающий ветровой нагон на берег и течения как вдоль берега, так и в сторону моря, за буруны. Горные породы берега дробятся, разрушаются до зерен размером 0,26 — 0,56 миллиметра, а глинистые сланцы до 0,05 миллиметра. Угловатые обломки таких прочных пород, как базальт, округляются в прибрежной зоне за 2 — 3 месяца, затем темп разрушения замедляется. Соотношение рудных и нерудных минералов в осадке чаще всего близко к тому, что наблюдается в исходных материнских породах. Если по первичным породам развита кора выветривания, осадки обогащаются рудными минералами. Диаметр рудных зерен на шельфе в среднем 0,05 — 0,2 миллиметра, зерна мельче и крупнее встречаются редко. Академик Н. М. Страхов подметил связь осадконакопления с размерностью зерен рудных минералов. Важно, что в изверженных горных породах размер зерен акцессорных минералов также от 0,04 до 0,15 миллиметра. Итак, разрушительная деятельность прибрежных волн высвобождает рудные минералы из горных пород и перераспределяет их в порядке гидравлической крупности (количественная её мера – скорость падения зерна в спокойной воде, измеряется в миллиметрах): зерна кварца 1, затем ильменита и рутила 0,62, касситерита 0,53 и золота 0,14. Водный прибрежный поток характеризуется емкостью (максимум твердого материала, перемещаемого вдоль берега в единицу времени), мощностью (масса перемещаемого твёрдого материала в единицу времени через определенное сечение) и насыщенностью (емкость равна мощности). Снижение скорости течения уменьшает емкость, избыточный материал падает на дно.
Морские волны и течения разрушают дно и берега. Абразия берегов выражается в отступлении береговой линии с различной скоростью (в метрах в год): 0,002 для изверженных пород, 0,5 — 1 для массивных известняков, мергелей, сланцев, 10 — 20 для песчано-глинистых отложений и 5 — 20 и более для многолетних мерзлых пород. Не исключено, что таинственная Земля Санникова состояла именно из многолетних мерзлых пород и была разрушена на мелководье за короткое время. Абразия — мощный процесс, в бассейн Берингова моря за ее счет поступает 200 — 400 миллионов тонн твердых частиц в год, а за счет речного стока вдвое меньше. В Азовское море абразия поставляет в год 13 миллионов тонн материала, а речной сток лишь 8 миллионов тонн. Источник рудных россыпей Балтийского моря — морены и флювиогляциальные отложения четвертичного возраста, в которых содержание полезных компонентов не более килограмма на кубический метр. Обогатительный процесс происходит в прибрежной зоне современного моря.
Естественно, пляжные россыпи стали первыми месторождениями полезных ископаемых моря.
С 1935 года США эксплуатирует платиновую россыпь в заливе Гудньюс — главный источник этого металла, откуда получают свыше 90 процентов собственной добычи страны. В промывочный сезон со дна глубиной до 30 метров поднимается до 765 тысяч кубических метров песка, содержащего 10 граммов платины на кубический метр. С 1965 года ведутся подготовительные работы для выхода в более глубокие районы моря, куда уходит россыпь.
По данным американских исследователей, в отдельных районах Берингова моря в галечнике неравномерно распределены золотины размером менее 1 миллиметра; их содержится 920 миллиграммов на тонну породы. Академик В. А. Обручев кратко описал золотоносную морскую россыпь в районе горы Ном (Северная Америка): плотик представлен голубоватой или красноватой глиной, выше лежат ил, песок, галька с прослоями черного песка, содержащего гранат, розовый кварц, магнетит. Золото сконцентрировано в прослоях черного песка и на плотике в виде плоских обтертых мелких самородков массой до 8,5 грамма. Основной пласт шириной 0,3 — 20 метров с гнездами, направленными длинной осью перпендикулярно к берегу, содержит до 260 граммов золота на тонну песка.
Сейчас россыпь близ горы Ном разведана в длину на 10 километров, а содержание золота составляет 5—50 граммов на тонну.
Успех подводной разработки месторождения стимулирует разведку аляскинского шельфа. Береговые россыпи Аляски разрабатываются свыше 60 лет и дали золота на 100 миллионов долларов. Сейчас особые надежды возлагаются на морские продолжения береговых россыпей. С 1964 года компания «Шелл Ойл» эксплуатирует морскую россыпь Ном Голд Кост, содержащую до 15 граммов на кубический метр металла. В проливе Стефенса, близ острова Июним землесосная драга за 8 месяцев извлекла золота на 42 000 долларов. Перспективными считаются россыпи пролива Ленни и вдоль полуострова Сьюард, восточнее городов Ном и Даниэлс-Крик.
Выявлено золото в песках тихоокеанского шельфа Канады на глубинах несколько десятков метров, перспективно в отношении золота мелководье северных морей.
Единственный район морской добычи алмазов находится в Намибии, где подводные россыпи вытянуты вдоль берега от устья р. Оранжевой до горы Людериц. Найдены россыпи в бухте Чамай и у острова Плум-Пуддинг. Концентрация алмазов, вынесенных, вероятнее всего, селевыми потоками из отдаленных районов континента и обнаруженных в песчано-гравийных пляжах, в 5 раз превышает концентрацию их в береговых россыпях. На глубинах 12 — 300 метров содержится 1—2,8 грамма алмазов в тонне осадка. Компаниями США доказана рентабельность морских промыслов алмазов: оттуда извлекалось до 5 процентов мировой добычи алмазов, или 20 процентов их стоимости, так как качество кристаллов очень высокое.
В 1965 году добыча составила 390 тысяч граммов, а одна драга «Диамантикус» извлекала до 140 граммов алмазов в сутки. Сконструированы и работают специальные суда с колодцем в центральной части, через который грейфер достает алмазоносный осадок. На пляжах роют котлованы, отгороженные от моря дамбами. Малоглубинная прибойная зона по-прежнему остается «мертвой зоной». В принципе можно найти инженерное решение по перемещению пляжной массы. Моделью может служить наращивание пляжа у Южного порта Одессы.
Три четверти запасов олова (за исключением запасов стран СНГ) сосредоточено в россыпях Юго-Восточной Азии. В Индонезии добывают касситерит из подводных россыпей «Оловянных островов»: Банка, Биллитон, Синкеп, Большой Каримурун, Кундур, Центральная Суматра, где касситерита содержится 0,08 — 9,4 килограмма на тонну. При помощи девяти драг в 1967 году получено 14 340 тонн концентрата, почти 40 процентов добычи страны. С 1970 года после заключения соглашения Индонезии и Нидерландов о поисках и разведке подводных месторождений выявлены новые перспективные районы между островами Банка и Суматра. Но нужны драги, глубина черпания которых более 40 метров.
В россыпях Таиланда в промышленных количествах содержатся касситерит, вольфрамит, монацит, ильменит. В 1974 году у юго-западных берегов Таиланда добыто 6300 тонн оловянных концентратов, что составляет 30 процентов добычи страны. В целом морские россыпи обеспечивают 90 процентов добычи олова в стране.
В Малайзии добывают до 30 процентов мировой добычи олова. Береговые россыпи истощаются, но начата разработка морской россыпи месторождения Бетрис в районе полуостровов Малакка и Диндинг. Сконструированы крупные морские драги с черпаками емкостью 680 литров при глубине черпания 45 метров.
В Европе обнаружены значительные месторождения касситерита на полуострове Корнуолл (Великобритания) и в Бретани (Франция). Вблизи полуострова Корнуолл на глубине 20 — 30 метров впервые в Европе разрабатывается касситеритовая россыпь, из которой извлекают в год свыше 17 тысяч кубометров песков.
Возрастающая потребность в титановых рудах может быть покрыта за счет отработки многочисленных россыпных месторождений ильменита и рутила.
Знаменитые морские россыпи Австралии протянулись по восточному берегу континента на 1225 км: от острова Фрейзер на севере до города Сиднея на юге. Менее известны россыпи западного побережья и островов Тасмания, Кинг, Страдброк. Первоначально из австралийских россыпей добывали золото и платину, теперь ильменит, рутил, циркон, монацит. На долю Австралии приходится 90 процентов производства рутилового концентрата (в 1970 году 368 тысяч тонн), 60 процентов мировой добычи циркона (в 1975 году 45 тысяч тонн), 25 процентов мировой добычи монацита и основная доля ильменита.
Богатейшие прибрежные россыпи монацита, ильменита, рутила и циркона с запасами около 160 миллионов тонн изучены в штатах Керала и Тамилнад в Индии. А разработка ильменит-цирконовых россыпей Траванкура начата еще в 1909 году. В 1959 году на долю Индии приходилась 1/4 мирового производства ильменита (без стран СНГ).
Крупнейшие производители ильменитового концентрата — Норвегия и США. В США на полуострове Флорида известны огромные скопления продуктивных песков мощностью более 36 метров. В отрабатываемых месторождениях учтено (в миллионах тонн): циркона 5,5, ильменита свыше 20, рутила 3,5.
На побережье Бразилии в штатах Эспириту-Санту и Баия монацитовые пески стали разрабатывать еще в 1884 году. Протяженность россыпей до 1,6 тысяч километров, добыча 1963 года (7 тысяч тонн) составила 1/3 мировой. В штате Рио-де-Жанейро описана серия, сложенная 22 россыпями длиной по 2 километра, шириной 20 — 30 метров, мощностью до 5 метров. Суммарное содержание ильменита, рутила и монацита достигает 30 процентов.
В Мексике ильменитовая россыпь Эль-Кайокал длиной 2,5 километра, шириной 12— 15 метров и мощностью до 0,3 метра содержит до 15,2 процента двуокиси титана.
Самые крупные запасы рутила сосредоточены в россыпях Съерра-Леоне. Ильменит-рутил-цирконовые россыпи Сомали также значительны. Менее крупные россыпи находятся в Демократической Республике Мадагаскар и в ЮАР. Россыпи Шри-Ланки составляют единое целое с россыпями Индии. Известны россыпи у острова Тайвань, на Ляодунском полуострове, в Балтийском море.
Вблизи побережий всех континентов распространены; россыпи магнетита и титаномагнетита: у берегов Балтийского моря (Германия, Дания), Атлантического океана (Португалия), Черного моря (Бургас в Болгарии, Батуми в Грузии), Охотского моря (Курильские острова, Сахалин) и Японского моря (Япония). Магнетитовые пески дают Японии 1/5 часть потребляемой железной руды. Магнетитовые месторождения расположены у островов Хонсю, Кюсю и Хоккайдо на глубине около 30 метров, запасы высококачественных руд свыше 160 миллионов тонн. В заливе Ариаке извлекается в год 30 000 тонн песков, хвосты обогащения используются для укрепления берегов.
В Канаде, у города Наташкуан разведены россыпи магнетита с запасами 15— 18 миллиардов тонн. Годовая добыча 40 000 тонн. Около миллиарда тонн магнетита и титаномагнетита обнаружено у берегов Новой Зеландии.
В СССР с 1945 года велись добычные работы на пляже Черного моря между реками Супса и Натанети (Грузия). Добывался титаномагнетит, концентрат которого использовался как утяжелитель буровых растворов. Титаномагнетитовые пески разрабатываются в Японском море.
Месторождения янтаря, вероятно, самые древние из разрабатываемых морских россыпей. Балтийская провинция охватывает пространство от Эльбы до Днепра и от устья Южного Буга до озера Лиепая, включая и акваторию Балтийского моря. Ископаемые и современные россыпи янтаря известны в России, Германии и Польше. Промышленное месторождение Пальмниккенское расположено между поселками Синявино и Покровское в Калининградской области. Коренной концентратор янтаря — «голубая земля» олигоценового возраста — залегает на глубине 30 — 40 метров. Содержание янтаря 0,6—2 максимально до 10 килограммов на кубический метр. Продуктивный пласт уходит в море. Отработка месторождения ведется карьером; шахтный способ и сбор материала на пляже утратили свое значение. Но в Польше, занимающей второе место в мире по добыче янтаря, на пляжах Гданьской бухты ежегодно собирают до 7 тонн янтаря.
Есть сведения, что янтарь промышленного качества встречен в арктических областях России. Н. Юшкин (1975 г.) считает, что в области от реки Мезени до острова Колгуев находится первичный концентратор янтаря мел-палеогенового возраста. Значительны возможности Карской янтареносной области (от Пай-Хоя до Таймыра). В Северной Америке янтареносен Южноаляскинский-Алеутский район, где особой известностью пользуется янтарь островов Кадьяк и Уналашка.