图｜2026年美属萨摩亚科考期间拍摄的多金属结核区域，水深约5140米，黑色结核散落在泥层表面。 来源：NOAA Ocean Exploration / USGS
最近一两年，前往海底采矿的势头突然升温。
近期，由清华大学牵头的一支科考队伍远征西太平洋，在海底发现了一处大型热液矿区。他们探测到，该区域的金银含量比陆地矿藏更高，每吨矿石最多能提取超过15克黄金。
图｜清华大学组织的联合科考在西太平洋收集的热液硫化物矿样。 来源：清华大学
一方面有人在勘探矿藏，另一方面有人在研发采矿设备。
4月，浙江理工大学参与研制的一套深海采矿系统在南海完成了海试；6月，东南大学的采矿车也下水测试，计划将人工智能技术应用于海底采矿作业。
图｜浙江理工大学参与研制的深海采矿系统在南海进行海试，这是官方发布的甲板布局图。 来源：浙江理工大学
图｜东南大学研发人员展示“至善一号”的设备组件，这套系统于6月完成海试。 来源：东南大学
国外的情况也类似。
日本使用的稀土中，六成依赖从中国进口，一旦中国限制出口，日本便面临困境。因此，他们正尝试从海底抽取稀土泥。
美国更为直接，去年总统签署了行政命令，以加速推进海底采矿。
多路人马几乎同时行动，目标都是同一地点：数千米深的海底。
而那里的资源确实极具吸引力。
中国海洋大学的一位教授曾做过一个比喻：有一片深海矿区，面积比山东省还大，海底散落着土豆大小的石块，内含锰、钴、铜等金属，每块大约值一元钱。
谁能将它们捞起，无异于获得天赐财富。
然而，采矿这件事，如果发生在陆地上，我们脑海中大概会有清晰画面：找到矿脉，打洞进入，将矿石一车车运出。但换到数千米深的海底，感觉就有些不同了，那里漆黑一片，该从哪里下手？
因此，这里涉及两个问题：海底的泥层中究竟蕴藏着哪些矿物？在如此深的地方，又是如何下去并将它们收集上来的？
这是一段漫长且充满诱惑的寻宝之旅。
01、海底的泥层，包裹着什么矿物
海底的矿物大致分为四种，从几百米深的海山半山腰，一直延伸到五六千米深的平原上，形成方式各不相同。
最主要的一种分布在太平洋中部四五千米深的深海平原上，即夏威夷与墨西哥之间的广阔区域。那里地势平坦，常年覆盖着一层软而稀的泥，泥面上散布着黑色的石块，学名为多金属结核。它们大多一半埋入泥中、一半露出，小的仅一两厘米，大的可达十几厘米，形似刚出土的土豆。
图｜美国地质调查局收藏的锰结核标本。离开海底后，它是一颗表面凹凸的黑色石块。 来源：USGS
这种结核是缓慢形成的，类似于珍珠的形成过程。
海底落下鲨鱼牙齿或贝壳碎片后，海水和泥中的铁、锰会围绕这些核心逐渐析出，一层层包裹，形成一颗结核需要数百万年。
锰、钴、镍、铜等金属就这样被包裹其中，几乎凑齐了电池所需的一半材料。
图｜切开的多金属结核，可以看到围绕内核一圈圈生长的层状结构。 来源：Ifremer / Wikimedia
向较浅处移动，海底的山脉上则是另一番景象。
仅太平洋中就散布着数万座海山，山坡长期受水流冲刷，泥无法沉积，露出光秃的岩石。海水中的金属析出在岩石上，结成一层黑色硬壳，如同给山坡铺上路面，最厚可达二十多厘米，称为富钴结壳，其中钴含量特别高。
这层壳每一百万年仅生长几毫米，是地球上最缓慢的自然过程之一。
图｜马绍尔群岛近2000米深处采集的富钴结壳剖面，图上标注着数千万年的生长年代。 来源：Amy West / USGS / Wikimedia
而生长最快的一种出现在海底热液喷口附近。这类喷口多位于海底板块交界处，岩浆接近海底的地方：海水沿裂缝渗入，被岩浆加热至三四百度，溶解岩石中的金属，再从喷口喷出。一遇冰冷海水，金属便沉淀下来，堆积成冒黑烟的烟囱，越堆越大，金、银、铜、锌都包含其中。
图｜马里亚纳海域的一座黑烟囱。热液中的矿物遇冷海水析出，逐渐堆积成烟囱；此次科考测得喷出热液约339℃。 来源：NOAA Ocean Exploration, 2016 Deepwater Exploration of the Marianas
还有一种矿物直接以泥的形式存在。日本关注的稀土泥位于南鸟岛附近五千多米深的海底，稀土大多富集在泥中的鱼牙、鱼骨碎渣里。活鱼体内几乎不含稀土，这些骨头埋入泥中、逐渐变成化石时，将周围的稀土一点点吸收进去。
图｜2026年，日本“地球号”船上取得的稀土泥样品，瓶中是海水与细泥混合而成的矿浆。 来源：SIP海洋 / JAMSTEC
真要实际开采，这几类矿物的难度差异很大。硬壳牢牢附着在岩石上，需要敲击切割，在深海中操作困难；热泉附近的矿石松散杂乱，强行挖掘易导致坍塌。
相比之下，结核直接躺在泥面上，因此各方的初步计划是，先将其收集上来再说。
02、将一台设备放到数千米深的海底
要收集结核，人当然无法亲自下去，而是由机器完成。
近年来，机器人不断寻找新的应用领域，而数千米深、人类无法到达的海底，正是一个现成的作业场所。
图｜上海交通大学研制的“开拓二号”采矿车在科考船甲板上，2024年海试下潜至4100多米深的海底。 来源：上海交通大学新闻中心
提到下海，很多人首先想到的是压强：四千米深处，压力约为地面的400倍，对设备的要求极为严苛。
但在从事这一行业的人看来，压力反而是相对容易解决的问题。深海装备在耐压和密封方面已积累了多年经验，真正困难的，是那些在陆地上根本不算问题的事情。
采矿车与水面船之间仅靠一根线缆连接。陆地上的矿车加满油就能运行，而海底的矿车所需的电力、传回的画面、船上发出的指令，全部依赖这根线缆；车辆的下放和回收，也全靠它吊起。
如果线缆出现问题，车在海底就会变成一堆废铁。因此，这根线缆是特制的，内部既传输电力又传输光纤，同时坚固到足以吊起整台车。
图｜“开拓二号”吊着缆绳入水。车与船之间的电力、信号传输及吊放操作，全靠这根线缆。 来源：上海交通大学新闻中心
车下到海底后，还需要知道它的位置。在陆地上打开导航即可，但水下无法接收GPS信号，只能依靠声学设备：船上和车上各装一套声学装置，通过声波往返测量，就能计算出车的位置。
车落到海底后，脚下是像豆腐一样软烂的泥。履带能获得的牵引力，全靠泥本身的粘性，而履带来回碾压会使泥变得更稀。
怎么办？一种方法是加宽履带，将车的重量分散，如同在雪地中穿雪鞋；行走路线也需要提前规划，避开过于松软的区域。还有人换一种思路，让车依靠浮力悬停在海底上方，不接触泥面。
图｜甲板上的Patania II结核集矿原型车，2021年在太平洋结核区进行过海试。 来源：GSR / DEME Group
车一旦移动，又会出现一个新问题：视线受阻。海底本就黑暗，全靠车上的灯光和摄像头，但履带一碾，扬起的泥形成一大团。有一次在太平洋结核区进行试验，科学家用摄像头持续拍摄，泥雾飘来后几十秒内，镜头前一米远的东西就看不清楚了，仿佛在黑雾中驾驶。因此，车上还需配备声呐和雷达。
这也是为什么目前研制采矿车的主要是科研团队，因为他们面对的是一系列此前可能无人需要解决的工程难题。
03、海底采矿，类似吸珍珠奶茶
将矿物从海底运上来，是整个过程中最有趣的部分。主流方法是用管道向上抽取，过程类似于喝珍珠奶茶：结核是沉在杯底的珍珠，海面上停一艘采矿船，向杯底插入一根吸管，将珍珠吸上来。
道理就这么简单，但问题在于这杯“奶茶”有数千米深，这又需要一系列工程手段来解决深度问题。
首先，需要一个庞大的设备体系。
按商业开采规模估算，海面上需停一艘长约两百六十多米的采矿船，大约相当于两个半足球场；船底垂下一根与海深相近的钢管，仅管子本身就可能重达上千吨；下方吊着一个中转仓，悬浮在海底上方的水中；中转仓再拖一段软管，连接着海底一台两百多吨的大型采矿车，矿物通过这段软管向上输送。
图｜结核采矿作业示意图：海底集矿车、提升立管和海面采矿船连成一套系统；另一根排水管将船上分离出的泥水送回深处。 来源：Muñoz-Royo等 / Communications Earth & Environment（2021）
图｜Allseas的Hidden Gem，由钻井船改装的结核试采船，2022年参与过太平洋的海底集矿和提升试验。 来源：Allseas
矿物就顺着这一整套系统向上输送。每平方米海底只有几公斤到几十公斤结核，车需要来回行驶收集：车头贴近海底喷出一股水流，将结核从泥中托起，吸入车体，泥水当场从车尾排出。
结核大的有十几厘米，直接送入管道会堵塞，因此需先在车上打碎，碎到比核桃大不了多少，再与海水混合成矿浆，通过软管送入中转仓，集中储存后，再均匀送入钢管。
进入钢管后，需要一口气向上输送数千米。矿物比水重，水流一慢，矿物就会下沉，因此管内水流向上冲的速度，需是矿物下沉速度的数倍；到达船上后，先分离水分，结核积累约一周左右，再转运给运输船，运回数千公里外的港口。
图｜2022年试采中，从约4300米深的海底提升到Hidden Gem船上的结核，正经过输送带。 来源：Allseas
将这一过程拆开来看，收集、破碎、输送、抽取，每一环节单独处理都不算无法解决的难题，试验中也都成功连接过。但整套系统串联起来，就是一个极其复杂的工程。
试验只是下去几天，捞取几千吨；真正开采时，车需要在海底连续工作数月，一年捞取数百万吨，管道、泵、船都需要相应放大，最终还要考虑成本。这也是为什么这一行业实际上才刚刚起步。
04、一场海底的圈地运动
说起来，人类知道海底存在这些矿物，是上上个世纪的事。
19世纪，英国一艘科考船进行环球航行，从深海中捞起不少结核；真正开始琢磨如何开采，则要追溯到上世纪60年代。70年代，已有西方公司尝试从五千多米深的海底捞取矿物，但后来金属价格持续低迷，开采不划算，这一波热潮便冷却了。
《联合国海洋法公约》将各国管辖范围之外的海底及其资源，定义为全人类共同继承的财产，交由国际海底管理局管理。任何国家或企业想开采，必须先与其签订勘探合同，划定一片矿区，摸清资源情况，未来拥有优先开采权。截至目前，管理局已发出31份勘探合同，划定的海底面积总和比两个四川省还大，中国获得5份，是全球最多的。
然而，具体的开采规则至今尚未确定，管理局从未发放过任何商业开采许可证。矿区先被大面积划出，但如何开采尚无定论，这很像大航海时代的圈地运动。
例如，有一个令人头疼的问题：环保。
采矿车驶过扬起的泥，大多十几个小时就能重新沉降，但它是否会对海底其他生物造成伤害，开采过的区域需要多久才能恢复，都需要逐一评估清楚。只有拿出让管理局认可的环评报告，才能实际动手。
图｜马里亚纳热泉烟囱上聚集着虾、蟹、螺和鳞虫，这里既生长矿物，也是深海动物的家园。 来源：NOAA Ocean Exploration, 2016 Deepwater Exploration of the Marianas
图｜1979年一次试采区的海底照片：a是未受扰动的对照区，b摄于1979年，其余摄于2023年；c、d中44年前的车辙仍可辨认，e、f、g是搬回的部分生物。各面板地点和比例不同。 来源：Jones等 / Nature（2025）
美国人干脆不再等待，搬出了四十多年前的一部老法律，允许本国公司前往公海采矿。一家在美国上市的公司已开始申请，急于上路，希望通过采矿致富。
不过，就像几乎所有前沿领域一样，技术竞争总是先于法规推进。中国多所大学正在海里测试采矿车，日本计划明年再次下海，进行更长时间的采集；那家在美国上市的公司，也计划明年开始调试其商用采矿系统。
小时候玩黄金矿工游戏，钩子一甩，金块就上来了。现实版的这一局，人类光是琢磨如何甩钩，就琢磨了半个多世纪。接下来这两三年，大概就要见分晓了。
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