深海采矿：如何平衡对金属的需求与生态影响

减少人类对化石燃料的依赖将需要数十亿公斤的金属：一个风力涡轮机可以包含超过一公吨的铜，而电动汽车电池则需要大量的钴，镍和锰。现在，这些金属大多数来自陆地矿山，通常以砍伐森林，水污染和侵犯人权为代价。但是，深海海底上大量的金属可能很快会提供另一种来源。

尽管数十年来，公司一直在关注这种可能性，但工程挑战和不利的经济状况使勘探阶段一直处于工作状态。也缺乏管理新生产业的国际规则。但这势必很快就会改变：联合国特许的国际海底管理局(ISA)已在敲定有关在国际水域中商业开采深海金属的法规。这些规则可能会在一年内出现。设置它们的内在张力在于平衡金属生产中的经济利益与另一个考虑因素：潜在的环境破坏。

支持者说，深海采矿可以避免一些陆上开采的弊病，并降低可再生技术的成本。但是，鉴于我们对深海环境及其所支持的生命知之甚少，一些科学家告诫不要太快地从勘探过渡到开采。“我通常不认为我们现在可以客观地评估所涉及的所有风险，”夏威夷大学马诺阿分校的海洋生物学家杰夫·德拉森(Jeff Drazen)说。“这是地球上描述最差的生态系统。”

对深海矿物的兴趣主要集中在一种特定资源上：多金属结核。这些马铃薯大小的矿床富含锰，铜，钴和镍。据德国不莱梅马克斯·普朗克海洋微生物研究所海洋生物学家安捷·波提乌斯(Antje Boetius)称，随着溶解的金属沉淀在有机材料的核周围(通常是古老的鲨鱼牙齿)，它们形成了数百万年的历史。她说，这些结核分布在全球海底的许多地区。它们在从夏威夷延伸到墨西哥的广阔深海平原中非常丰富，被称为克拉里昂-克利珀顿区(CCZ)。仅CCZ中的结核中镍和钴的含量就超过了这些金属的所有已知陆上储量。

尽管大多数计划都遵循类似的蓝图，但从其静止的地点(通常在水面以下三公里处)取回此类结核仍是一个理论命题：首先，自卸卡车大小的收集工具会在海底上搜寻结节性沉积物。然后，垂直的“上升”管将物料搅拌到配备分选设备的船上，这将把有价值的结核抽出并将不想要的沉积物冲洗回海洋。

但是这种开采方法必然会扰乱海洋环境，改变科学家们仍在努力理解的深海生态系统。在2016年《自然》杂志的一项研究中，研究人员发现了7个新物种(包括代表新属的4个物种)生活在CCZ的根瘤床上。斯克里普斯海洋学研究所的海洋生物学家丽莎·莱文(Lisa Levin)说：“有数以百万计的物种尚未被描述。”

即使研究人员拼凑了这些生态系统的基础知识，最近的研究也试图了解采矿可能如何影响它们。Boetius和她的同事的工作于今年4月发表在《科学进展》上，发现收集工具会对海底产生持久的物理和生物影响。她的小组再次访问了秘鲁盆地的一个地点，在1989年，研究人员通过用刀片安装式犁将轨道切入海底，从而模拟了收集工具的效果。被船拖走。几十年后就清晰可见了犁的痕迹。最初，“我们绝对感到震惊”，Boetius说。但是她解释说，在深海的稳定环境中，洋流较弱，沉积物向海底的沉积率很低，该地区的恢复时间要比浅水区或陆地要长得多。在旧的机动车道中，微生物的含量比附近未耕地的地区少30%。蠕虫和海参等动物也较少。Boetius说：“您的沉积物是如此之密，以至没有人可以进入。”“我们的实验确实表明，这种物理过程将阻止动物和微生物返回以重新栖息于该栖息地。”

采矿影响可能远远超出海底。将分拣容器冲回水中的沉积物羽流与粘在海洋日光照射下的倒置烟囱进行了比较。科学家估计，一个小结节开采作业每天可释放50,000立方米的含沙水，足够填补10个固特异飞艇。但是麻省理工学院的机械工程师托马斯·皮科克(Thomas Peacock)使用计算机模型和田间试验研究羽流行为，他发现湍流稀释了羽流，很快使沉积物浓度接近本底水平。

Drazen说，尽管如此，即使沉积物浓度的微小变化也可能损害深海居民，例如浮游生物和水母，它们在几乎没有沉积物的栖息地中进化。这些生物中有许多是通过从水中过滤出微小的有机颗粒来喂养的。他说，如果陷入沉积物羽流中，“它们将要过滤一吨泥”。“这可能会阻塞他们的过滤设备，或者可能使他们很难从劣质材料中选择优质材料。”

在6月《美国国家科学院院刊》上发表的经过同行评审的意见书中，Drazen和十几位合著者强调了采矿和开采对深海水域构成的其他风险。作者们还警告说，这种做法可能会干扰动物的交流：沉积物在立管上晃动引起的噪声污染可能会干扰鲸鱼和其他鲸类动物之间的声音信号，而沉积物羽流可能会使乌贼和水母等生物在黑暗中使用这种生物发光信号。深海。“动物只是在眨眼之间闪烁，” Drazen说。通过它们驾驶潜艇就像“坠入星空”。

虽然Drazen和其他人已经发现采矿可能对深海生命造成某些类型的损害，但他们仍无法确定可能造成的损害程度：可用信息仍然很少，并且该行业处于早期阶段。这种不确定性导致许多科学家采取预防措施。伦敦自然历史博物馆的海洋生物学家迪瓦·阿蒙说，陆地采矿的弊端并不能证明人们为赶海而挖海底是正确的。她说：“从本质上讲，我们将在我们尚不了解的生态系统中造成破坏。”非营利组织国际保护组织(International Conservation International)等组织呼吁暂停深海采矿十年，以使科学家和政策制定者有更多时间检查潜在的环境危害。

但其他人则认为，新兴产业在道德上势在必行，因为金属在遏制全球变暖所需的可再生能源技术中起着至关重要的作用，而且金属和环境成本往往与现有的采矿惯例有关。“我开始研究陆地采矿的足迹，这太可怕了，” DeepGreen的首席海洋科学家格雷戈里·斯通(Gregory Stone)说。他指出，有时对工人的健康有致命影响，并涉及违反童工的行为，这两者通常与陆地开采钴等矿物有关。斯通认为，在深海采矿中，“对行星系统的破坏要小得多”。他补充说，在商业开采之前进行多年的环境评估(ISA可能会在其最终法规中要求该评估)有助于最大程度地减少损害。例如，可以通过将对环境最敏感的区域设置为采矿禁区来实现。

ISA根据其秘书的书面声明，随着该小组制定了有史以来的第一个深海采矿开发法规，ISA正在CCZ中利用不断发展的科学研究来“确定保护海洋环境所需的最佳措施”。迈克尔·洛奇将军。他说，如果所有168个ISA成员(167个国家和欧盟)都同意，则将采用这些法规。今年夏天，由于COVID-19，该组织的年度大会被推迟了，但明年可能会通过法规。洛奇没有评论迄今为止调节研究人员确定的特定潜在环境危害的可能性。

来自工业，学术界和保护区等所有领域的科学家都在密切关注ISA的工作。Boetius说，近年来，ISA召开了有关保护从细菌到章鱼的生物的讨论。她说：“与20年前相比，[监管]系统在生态上和环境上都变得更加关注。”Boetius和其他人，包括一个称为“深海管理倡议”的国际网络，已提供专家意见，以帮助确保采取足够的环境预防措施。“在起草法规的过程中取得了长足的进步，”与该网络合作的Amon说。“但是还有很多事情要做。”

莱文对此表示同意，并提出了一个问题，即最终的ISA规则书中多少将由可强制执行的命令组成-相对于单纯的建议。她说：“许多环境因素现在只是指导。”莱文没有要求暂停，但说她不完全相信有必要进行深海采矿。她认为这不会取代地面行动。莱文说：“几乎可以肯定，这会增加他们的利益。”她还指出，未来金属回收利用和产品寿命的改进可能会减少对新的原始金属的需求。莱文说：“我的首要问题是'我们真的需要海底矿物吗?”