Удивительные минеральные образования были обнаружены в пробах грунта, поднятых со дна океана в последней четверти прошлого века. Честь этого открытия принадлежит сотрудникам английской океанографической экспедиции на корвете «Челленджер». Позднее в экспедиции на океанографическом судне «Альбатрос» подобные образования были найдены и на дне Тихого океана. По форме они напоминали картофелины; имели темную окраску, слоистое строение, малую прочность. Химическими анализами было установлено в них повышенное содержание железа, марганца, а также меди, никеля, кобальта и многих других редких и рассеянных элементов. Высокое содержание в них железа и марганца предопределило название этих образований — железо-марганцевые конкреции.
Особое внимание привлекли к себе конкреции во второй половине XX в. в связи с возросшим интересом: к проблемам Мирового океана, широкому развитию океанографических исследований и все возрастающей потребностью ряда стран в минерально-сырьевых ресурсах. Значительный вклад в дело изучения конкреций внесли советские ученые. Особенно ценные материалы собрали советские океанографические экспедиции на э/с «Витязь», «Академик Курчатов» и др.
Исследователи выяснили общие закономерности размещения конкреций, их ориентировочные запасы, содержания в них полезных компонентов в зависимости от района залегания. Выло установлено, что конкреции в Виде зерен, желваков, корок, иногда глыб встречаются в осадках океанов почти повсеместно. Характерная особенность — приуроченность конкреций определенной формы и величины с равномерным минеральным составом к определенному участку дна. Мелкие зерна конкреций (0,25—0,5 мм) являются составной частью глубоководных отложений — красных глин и карбонатных илов. Марганцевые корки часто покрывают на дне океана остатки отмерших организмов, плиты вулканогенного материала, выходы коренных пород дна. Толщина корок колеблется от десятых долей миллиметра до нескольких сантиметров. Наиболее распространенный вид конкреций — округлой формы с размерами от 1 до 5 см. Иногда встречаются отдельные крупные глыбы. Так, в одном из рейсов «Витязя» тралом была поднята со склона горы с глубины более 3 км уникальная глыба диаметром 1,5 м и весом более 1 т.
Внешний вид конкреций, их свойства и состав чрезвычайно разнообразны и меняются от района к району, от океана к океану. На океанских глубинах преобладают хрупкие пористые образования. Объем пор у конкреций Составляет 40—60%. Удельный вес — 2—2,4 г/см3. Для Сравнения укажем, что удельный вес железо-марганцевых руд аналогичного состава равен 4—4,9 г/см3.
Большинство конкреций имеет ядро, т. е. обломок породы преимущественно вулканического происхождения (пемзы, туфа, базальта, обломки кораллов, фосфориты). Внешняя форма конкреций зависит от формы ядра; преобладает округлая, чашеобразная или сферическая, реже угловатая. Наличие двух или более ядер способствует образованию сростков.
Содержание отдельных компонентов в конкрециях непостоянно. Например, в Тихом океане содержание марганца колеблется от 8 до 50%, или в среднем 25%. Максимальные содержания никеля достигают 2%, в среднем около 1%. Меньше в конкрециях кобальта. Континентальные руды такого же состава представляют высококачественное сырье для металлургической промышленности. Конкреции Атлантического океана беднее. Среднее содержание в них" различных компонентов составляет: марганца — 18%, меди — 0,4%, никеля — 0,6%, кобальта — 0,4 %. В Индийском океане встречаются конкреции, близкие по составу как к тихоокеанским, так и к атлантическим.
Глубины, на которых обнаружены конкреции, равны нескольким тысячам метров. Наиболее богатые участки найдены на глубинах 4 тыс.— 6 тыс. м как в Тихом, так и в Атлантическом, и в Индийском океанах. В Индийском океане советские исследователи обнаружили значительные по запасам залежи на глубинах 4—6,5 тыс м. В мелководных участках конкреции встречаются реже; они имеют отличный от глубоководных состав, отличающийся невысоким содержанием ценных компонентов-примесей. Американские исследователи выявили залежи конкреций в Атлантическом океане вблизи берегов США (у штатов Флорида, Джорджия, Южная Каролина) на глубине всего 0,5—1 тыс. м. Но эти конкреции бедны по составу ценными элементами.
На основании геологических и океанологических данных о плотностях залегания конкреций в различных районах океанов были установлены общие площади их распространения и подсчитаны ориентировочные запасы. Количество конкреций на единицу площади дна варьирует в широких пределах. На 1 м2 дна может приходиться от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов конкреций. Содержание в залежах, перспективных для разработки, составляет в среднем 10 кг/м2. Плотность залегания конкреций в пределах однородного по геолого-геоморфологическим условиям района обычно выдерживается на значительных площадях.
Наиболее представительные данные получены на основе анализа многочисленных проб советскими учеными Н. А. Скорняковой и П. Л. Безруковым, а также американскими — Менардом, Шипеком, Джоном Меро я др. Эти данные базируются на результатах многочисленных экспедиций и богатом фактическом материале. Однако, учитывая значительные территории дна океанов, отсутствие результатов детальных геологоразведочных работ, сведения о площадях месторождений и запасах конкреций следует считать ориентировочными.
В качестве перспективного сырья для промышленности могут быть рассмотрены глубоководные отложения, представленные металлоносными илами.
В 1964—1965 гг. в Красном море между Суданом и Аравией исследовательскими судами «Дисковери» (Англия), «Атлантик-П» (США) и «Метеор» (ФРГ) были обнаружены и исследованы высокотемпературные аномалии на глубинах 2—2,2 тыс. м. Пробы, взятые на этих глубинах, показали повышенные содержания щелочей. В 1966 г. экипаж «Чейна» выявил в этом же районе третью зону с повышенными содержаниями щелочей. Три щелочных бассейна отделены друг от друга возвышенностями. Участки дна с такими бассейнами получили название того корабля, с которого они впервые были обнаружены,— «Атлантик-Н», «Дисковери», «Чейн». Их площади соответственно равны 50, 10, 2 км2.
Глубоководные впадины были исследованы геофизическими методами и в них были отобраны многочисленные пробы грунта. Обработка данных замеров, в частности, показала, что температура на исследуемых глубинах изменяется скачкообразно от 22 до 50—60° С. Существенно меняется щелочность. Методами химического анализа в пробах обнаружены повышенные содержания многих ценных элементов, в том числе цинка, меди и др.
Состав илов оказался мелкодисперсным, аморфным, чрезвычайно водонасыщенным, в верхних слоях до 85 %. Осадки имели текучую, подобную шламу консистенцию. Высушенные илы максимально содержали: меди до 3%, цинка до 10%, а также следы серебра и золота. Средний состав этих илов по меди и цинку соответствует содержаниям этих металлов в месторождениях, разрабатываемых во многих районах мира на континентах.
В глубоких слоях отложений на глубинах 2 тыс. м отобрать пробы оказалось делом затруднительным, в связи с чем удалось опробовать верхнюю часть илов до глубины 10 м. Однако сейсмические измерения позволили уточнить мощность отложений, которая была равной 20—100 м. Запасы металлов во впадине «Атлантик-П» удалось подсчитать ориентировочно по данным геофизических измерений (объем) и геологического опробования (содержание полезных компонентов в единице объема). Общий объем рудной массы во впадине «Атлантик-П» в пересчете на сухой вес составил 100—150 млн. т.
Возникновение этих необычайных отложений в разломах земной коры на дне морей ученые объясняют активной современной вулканической деятельностью. Выходы термальных щелочей обнаружены учеными разных стран, в том числе и советскими, также во многих других районах Мирового океана, например в Средиземном море, на Восточно-Тихоокеанском поднятии, в Центрально-Индийском и Срединно-Атлантическом хребтах.