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到目前为止，深海采矿尚未成功。为什么？我们对世界的这一地区几乎一无所知，我们甚至不知道我们是否真的需要它的原材料。
加利福尼亚州太平洋沿岸圣地亚哥附近的一只海豚。太平洋是 Clarionn Clipperton 区的深海采矿热点。深海中有大型锰结核场和块状硫化物。通过：盖蒂图片社
简而言之
·需求旺盛。锂、钴、铜和镍是目前抢手的原材料，可以在深海的锰结核和块状硫化物中找到。
·极端。 数千米深处的高压和较高的盐度使深海采矿成为一项特别复杂的任务。
·危险。 从经济角度来看，开采锰结核和块状硫化物也是一项值得怀疑的工作。
·再评价。 海洋深处是一个在很大程度上未知的世界，对地球的气候和营养至关重要。
这是我关注海洋和深海采矿后果的第二篇文章，接第一篇《如果？》。
我是斜杠青年，一个PE背景的杂食性学者！♥致力于剖析如何解决我们这个时代的重大问题！♥使用数据和研究来了解真正有所作为的因素！
人们怀疑海洋深处有大量的铜、镍、钴、锌、铁、锂和稀土矿床——地球所提供的几乎所有元素也都在海洋中发现。这并不奇怪。地球是一台伟大的回收机器：每一个元素、每一个分子都永远处于循环中，一个风化、侵蚀、溶解和再生的永恒循环，这只有在海洋存在的情况下才有可能。
然而，在 3,000 至 6,000 米深度进行采矿的雄心壮志令人震惊。目前还没有人认真考虑在火星上采矿，但我们对这颗行星的了解比我们对深海的了解要多得多。
经过几十年的探索，我们所了解的很少，这表明我们正在处理一个复杂而敏感的系统。这就是深海采矿可能失败的地方。因为我们必须改变这些海洋，这基本上决定了我们的气候，才能获得它们的原材料。我们目前不知道这种变化的风险有多大。
什么是深海采矿
任何想从事深海采矿的人都可以向国际海底管理局 （ISA） 申请勘探许可证。目前这花费约为 500,000 美元。如果您能证明您确实在该领域进行研究，则此许可证将持有 15 年。之后，必须获得采矿许可证，否则索赔将过期。
探险意味着在公海上花费数周时间，乘坐专门租用的船只、精心设计的设备和训练有素的专家，收集有关某个地区的海洋学、生态学和生物信息。
直径几厘米的锰结核，位于大西洋 5,526 米深处。在这个深度，压力约为每平方厘米 550 公斤，它是黑暗和冰冷的——但充满了生机。通过：Alamy 库存照片
获得必要的海底高分辨率图像是第一个障碍：例如，锰结核有时只有弹珠或拳头大小，而墨西哥和夏威夷之间的太平洋平原 Clarion-Clipperton Zone （CCZ） 是大多数研究声明都获得资助的地方，深达 6,000 米。带有视频雪橇的传感器和潜水机器人被降低并拉到船后，以一米一米地拍摄底部。
您可以长期处理这个问题：CCZ 面积为 600 万平方公里，大约是欧洲面积的一半。德国拥有 75,000 平方公里（巴伐利亚州面积）的勘探许可证，近 20 年来一直忙于绘制地图。此映射给出了地形的印象。
对于锰结核，是否有相关的沉积物，取决于结核的数量和大小。此外，它们不仅分布不均匀，而且还包含不同（总是非常小）数量的有趣金属。例如，太平洋的锰结核平均含有 2.2% 的铜、钴和镍，而大西洋和印度洋的锰结核含有略少。
为了对块茎进行采样，将一种箱形抓斗夯入地面，然后将整个上层土壤吊到甲板上。污泥和沉积物大部分被倾倒回海中，结核在船上的实验室或陆地上的研究所进行分析。
目前有 31 个 ISA 勘探许可证用于此类活动。在短暂的平静之后，工业界也再次产生了兴趣：自 2023 年以来，ISA 已授予 19 项所谓的锰结核采矿提案，其中 8 项授予国家行为体，11 项授予工业财团。他们中的大多数是由股东和风险投资家资助的，主要来自美国、加拿大、日本和韩国。
块状硫化物：采矿极端
锰结核成为人们关注的焦点并非巧合：它们相对松散地分布在沉积物上，并且相对容易地被打捞或“收获”。其他两种形式的海洋矿床，锰壳和块状硫化物，情况则不同。
锰壳位于已死海底火山锥的陡峭侧面，也可能高达数千米。这种重达数吨的大型设备在深海的这些斜坡上爆裂，将它们分离，然后泵送到甲板上，到目前为止，它们仅作为原型提供。
另一方面，已灭绝的所谓“黑烟熏炉”的大量硫化物也同样具有挑战性。这些热液喷口位于洋中脊上，构造板块在那里漂移。在只有 4 到 6 公里厚的地壳底部，有温度为 1,200 度的玄武岩岩浆室。寒冷的海水不断渗透到地壳中形成的玄武岩中。
由于其含盐量等因素，深层海水的腐蚀性足以溶解玄武岩中的金属。高地热梯度——水温在几百米内上升到 400 度——产生一种热液体，在覆盖层的高压下被输送回去，并在流出时形成同名的黑烟。在寒冷的海水中，金属硫化物会立即沉淀并形成典型的烟囱，一段时间后烟囱会变得不活跃。当这种情况发生时，会形成铜、锌甚至金的矿床，除了铁外，还含有大量的硫。
事实与数据👇🏻
这种属于海百合 （Crinoidea） 类的动物来自太平洋 Clarion-Clipperton 区的底部。它于 2023 年被发现，海百合已经存在了 5.16 亿年。通过：盖蒂图片社
黑暗寂静中的外星人
在海洋深处，蜗牛的脚是铁制的，鱿鱼用闪光捕食，能量直接从地球内部流出。
·最深的深度。 深海很深，深达 11,000 米，自 1872 年至 1876 年的“HMS 挑战者”号探险以来，人们就已经知道了这一事实。从 200 米的深度开始，它会变得黑暗，从大约 1,000 米的深度开始，它会变得漆黑一片。
·多彩的生活。在这种黑暗中，巨型乌贼在闪光的帮助下捕食;众所周知，它们可以潜水到 3,000 米深。然而，抹香鲸也在那里捕食，其猎物是鱿鱼。用铁盔甲脚和壳的鳞足蜗牛也生活在这个深度。它更喜欢热液喷口附近，那里有 400 度的热水从地球内部喷出，令人垂涎的块状硫化物就是在这里形成的。
·未知的世界。 目前深海采矿的热点地区是东太平洋的克拉里昂-克利珀顿区 （CCZ），物种特别丰富：2023 年，英国探险队在那里统计了 5,142 种以前从未见过的不同动物物种。研究人员怀疑有 6,000 到 8,000 种物种仅在 CCZ 中发现。锰结核通常是它们的栖息地。
单个热液田中金属硫化物的增加量每年可达数百至数千吨。然而，与锰结核不同的是，块状硫化物可以深入海底以下数米的深处。矿体的这些 3D 地形几乎是未知的，难以探索。另一个问题：矿床位于非常小的区域，通常只有一个足球场那么大。
迄今为止，为数不多的开采块状硫化物的商业尝试均未成功：成立于 1997 年的 Nautilus Minerals 公司首先因俾斯麦海的开发成本以及 2021 年再次尝试 1,700 米深的高压而注定要失败。比利时公司 GSR 在 4,500 米深处丢失了两台 25 吨重的收集机器人，因为紧固件断裂，最近一次是在 2021 年 4 月，因此尚无法在 2,000 米以上的深度成功进行更大规模的测试。作为 DSMF，Nautilus 现在正在筹集资金进行进一步试验，而第二家继任公司 The Metals Company 计划在 CCZ 开采锰结核。
费力大，产量低
对块状硫化物的兴趣是可以理解的：在硫化物的情况下，可以使用提取的原材料的 15%（铜、锌、铅、金和银），而在锰结核的情况下，只有 2% 的原料（铜、钴、镍、锌和可能的锂）。换句话说，这是 85% 与 98% 的废物目前无法有效回收。
与块状硫化物相比，锰结核中金属的浓度较低与它们的形成过程有关。10% 的锰结核是由海水中的金属（尤其是铁和锰）吸附形成的。它们以氢氧化物结壳的形式积聚在核心周围，例如沉入深处的鲨鱼牙。
除了这种氢生长之外，海床中循环的孔隙水还存在成岩生长。90% 的锰结核都是以这种方式产生的。它们在一百万年中只长出 1 到 100 毫米。
沉积的过程和速度取决于许多因素：除其他因素外，从土地输入的尽可能低的沉积物很重要。此外，锰结核在被沉积物覆盖时会再次溶解。它们成为形成新锰结核的来源。这也意味着，一旦一个区域被开采，就不会在人类时间中形成补给。
经济风险
据推测，数十亿吨金属和其他（潜在）原材料储存在海洋深处——但其中只有一小部分是经济可回收的。资源量（地质上可探测的蓄积量）和储量（地质上可探测且经济上可采存量）之间的这种差异很大。
数十亿吨的潜在原材料可能储存在深海中，只有几百万吨是经济可回收的
经济盈利能力取决于许多因素：原材料价格有多高？制作成本和许可费用有多高？谁来承担采矿后果的成本？经济上可行的因素随时可能发生变化：大宗商品价格上涨和下跌，基础设施和勘探的成本也是如此。
锂或钴等矿物原材料矿床的重新开发至少需要 10 到 15 年。当这些原材料被提取出来时，原材料市场的价格可能已经下跌到不再值得进一步开采的程度。这与供需关系不大，而是与储存有关：钴目前需求量很大，但自 2017 年暴跌近 70% 以来，价格仍处于低位。需求通常由库存来满足。
在任何给定时间需要哪些元素也取决于技术。例如，随着钠电池的进步，在不久的将来是否仍会大量需要锂和钴，这已经是一个值得怀疑的问题。目前，欧盟关于关键原材料的指令正在产生刺激作用：从 2030 年起，欧盟对关键原材料需求的 10% 应该能够由欧盟本身满足。这增加了深海采矿的经济价值，但也增加了开发不需要关键风险原材料的替代技术的压力。
而深海的资源确实是有风险的原材料，不仅仅是出于上面提到的经济原因：深海可能有极端的条件，但它不是无生命的。特别是在锰结核或块状硫化物较多的地方，生物多样性特别丰富。生活在那里的大多数生物都是未知的。我们也不知道生物圈对锰结核形成的贡献。我们所知道的是，在海洋深处发生的所有过程——包括通过从海洋生物的贝壳残骸中形成碳酸盐岩来封存一氧化碳——都非常缓慢，并且依赖于它们可以不受干扰地发生的事实。
深海采矿不可避免地会中断这些过程：机器将光线和噪音带入黑暗的深处，形成深沟，压实土壤，并搅动散布数公里的沉积物云。有了锰结核，整个土壤动物群也可能被抽出;当泥浆被倒回海中时，它会使水变得浑浊，其中形成了浮游植物，浮游植物是地球上每个食物链的来源，需要阳光才能生长。污泥需要几十年的时间才能再次到达地面。
海床只是在慢慢地从干预中恢复过来——如果有的话：1989 年在秘鲁盆地的锰结核田进行测试时留下的犁痕今天仍然清晰可见。
结论
能源生产、存储系统、电池等方面的技术发展发展如此迅速，以至于对目前需求量很大的钴、锂等海洋原材料进行昂贵且对生态造成破坏的开采是否真的必要和经济上可行似乎值得怀疑。以前的尝试破坏了海洋生态系统，但收效甚微。地质学家 Frank Melcher 表明，为了现实地权衡风险和收益，必须考虑原材料市场的定价和技术发展。
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