海洋環境：如何平衡人類對金屬的需求和對環境的影響


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人類減少對化石燃料依賴的過程需要數十億公斤的金屬，例如一台風力渦輪機就包含了超過1噸的銅，而電動汽車的電池則需要大量的鈷、鎳和錳。如今，這些金屬大多來自陸地礦藏，開采的代價往往有森林砍伐、水汙染和人權受到侵犯。但深海海底的金屬寶庫也許很快可以提供另一種金屬來源。
盡管公司們已經關注這一可能性幾十年了，但工程上的挑戰和不景氣的經濟形勢使得深海采礦仍在勘探階段。此外，還缺少國際性的規則來管理這個新興行業。但這種情況很快就會得到改變：聯合國特許的國際海底管理局（International Seabed Authority, ISA）正在最後確定在國際水域進行商業開采深海金屬的條例。這些條例可能在一年內就會出台。設定標準的內在壓力在於如何平衡金屬生產帶來的經濟利益和其對環境的潛在破環。
支持者表示，深海采礦可以避免一些開采陸地礦藏的弊端並降低可再生技術的成本。但是一些科學家警告說，不要過快地從勘探階段進入開采階段，因為我們對深海環境及其支持的生命都知之甚少。“總體來說，我認為我們現在不可能客觀地評估深海采礦會涉及的所有風險，”Jeff Drazen說，“這是地球上人類認識得最少的生態係統。”他是夏威夷大學馬諾阿分校的海洋生物學家。
深海有極具誘惑的獎賞
對深海礦物的（探究）興趣主要集中於一種特定資源：多金屬結核。這些土豆大小的沉積物富含錳、銅、鈷和鎳。Antje Boetius是德國不來梅馬普海洋微生物研究所的海洋生物學家，據她的觀點，隨著溶解態金屬以有機物作為核心（通常是古代鯊魚的牙齒），沉澱在其周圍，多金屬結核經曆了數百萬年的時間才形成。她說，這些結核在全球許多地區的海底都有分布。在從夏威夷延伸到墨西哥的廣闊的深海平原，即克拉裏昂-克利帕頓斷裂區（Clarion-Clipperton Zone, CCZ），多金屬結核的數量尤其豐富。僅這一區域多金屬結核的鎳、鈷含量超過了陸上所有已知的儲量。
這些結核通常在海底以下三公裏處，開采它們仍然是一個理論設想，盡管大多數開采計劃都描繪了一個類似的方案，即首先用翻鬥車大小的收集車在海底搜尋含有結核的沉積物。然後，一個垂直的升流管會將這些物質運送到裝有分揀設備的船上，這些船會挑選出可利用的結核，並將不需要的沉澱物衝回海洋。
但這種采礦方法必然會擾亂海洋環境，改變深海生態係統，而科學家們仍在努力了解深海生態係統。2016年《自然》上的一項研究表明，研究人員發現7個新物種（其中4個代表了新的屬）生活在克拉裏昂-克利帕頓區的結核礦床中。“此外還有數以百萬計的物種還有待研究，”Lisa Levin說。她是斯克裏普斯海洋研究所的海洋生物學家，她沒有參與這項研究。
未知的成本/代價
盡管研究人員拚湊了這些深海生態係統的基本情況，但最近的研究試圖認識深海采礦對它們的影響。Boetius和她的同事今年四月發表在《科學進展》的研究表明，收集車可以對海底產生長期的物理和生物影響。她的團隊重新調研了秘魯盆地的一個地點，研究人員曾於1989年在這裏用一艘船拖著裝有刀片的犁在海底留下切割軌跡，以模擬海底收集車的影響。幾十年後的重訪發現，犁溝清晰可見。起初，“我們完全驚呆了，”Boetius說。但她解釋道，在深海的穩定環境中，水的流動微弱、沉積物的沉降速率低，一個區域的自我恢複需要花費比淺水或陸地上長得多的時間。（同時，）在這些舊軌跡上，微生物量比附近的未開墾區域少30%。蠕蟲和海參等動物的數量也有減少。“當沉積物被如此壓緊，生物不能再進入了，”Boetius說。“我們的實驗確實表明，這樣的物理過程將阻止動物和微生物返回這些棲息區域重新繁衍。”


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深海采礦可能不止有對海底的影響。從分揀船向海中衝回沉澱物時形成的羽狀流體就像是陽光照射下倒立在海洋表麵下的大煙囪。科學家估計，一個多金屬結核礦的作業每天就能倒回5萬立方米的沉積物海水，這足以裝滿10艘固特異（Goodyear）飛船。但是麻省理工學院的機械工程師Thomas Peacock通過計算機模型和現場試驗研究了這些羽狀流體的行為，他發現湍流會稀釋這些流體，使得海水的沉積物濃度迅速回到背景值水平。
Drazen說，即使海水的沉積物濃度僅有微小變化，深海生物也會受到傷害。比如浮遊生物和水母，它們是在幾乎沒有沉積物的海水中進化而來的。大多數此類生物通過過濾海水中的微小有機顆粒來獲取食物。如果置身於含有沉積物的羽狀海水流體中，“它們將要麵對1噸的泥漿，”他說。“這可能會使得它們的濾食係統被堵住，或者讓它們從劣質食物中篩選出優質食物。”
今年6月發表在《美國國家科學院院刊》的一篇經過同行評議的論文中，Drazen和十幾位合作作者強調了采礦對深海水域構成的這種風險以及其他的風險。作者們還警告說，這種做法可能會幹擾動物之間的交流，例如沉積物在升流管中的咯咯聲所造成的噪聲汙染會幹擾鯨魚和其他鯨類的聲信號；而倒回的含有沉積物的羽狀流體可以遮蓋烏賊和水母等生物在海洋深處的黑暗中使用的生物發光信號。“這些動物隻是一閃一閃的，”Drazen說。駕駛潛水艇穿過它們就像“穿過星星。”
如何前進
雖然Drazen和其他人已經確定了深海采礦可能對深海生物造成的某些危害，但是他們還不能確定危害究竟有多大，一方麵可用的信息仍然匱乏，另一方麵這個行業還處於初級階段。這種不確定性促使許多科學家采取預防措施。不能因為開采陸地礦藏有弊端就輕率地決定發展深海采礦，Diva Amon說。“我們實際上是在破壞一個我們還不了解的生態係統。”她是倫敦自然曆史博物館的海洋生物學家。非盈利組織保護國際（Conservation International）等呼籲10年內暫停推進深海采礦，以便給科學家和決策者更多時間調研潛在的環境危害。
但另一些人則將這一新興行業視為一種道義需求，因為金屬在利用可再生能源技術減緩全球變暖中有著關鍵作用，同時還要考慮到現有陸地采礦活動產生的相關環境成本和社會成本。“當我開始關注陸地礦藏開采的足跡，它們令我震驚，”Gregory Stone說。他是深綠公司（DeepGreen）的首席海洋科學家，該礦業公司簽訂了在克拉裏昂-克利帕頓區進行勘探的協議。他指出，有時發生的工人致死的問題以及雇傭童工的違法問題，往往與陸地開采鈷等礦物有關。有了深海采礦，“人類對地球係統的破壞會小得多，”Stone認為。他補充道，在商業開采之前進行多年的環境評估將有助於最大程度地減少其帶來的危害，這也是國際海底管理局可以在最終規定中要求的。例如，可以通過禁止開采環境最脆弱的區域。


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根據其秘書長Michael Lodge的書麵聲明，國際海底管理局通過在克拉裏昂-克利帕頓區增加的科學研究，來確定保護海洋環境所需的最佳措施，於此同時該組織創建了第一份深海開采開發規範。他說，如果國際海底管理局的所有168個成員（167個國家加上歐盟）都同意，那麽這些規定將被采納。今年夏天，由於COVID-19的影響，該組織的年度會議被推遲，但這些規定可能會在明年通過。Lodge並沒有詳細說明對於每一種研究人員目前已知的潛在環境危害可能采取的監管措施。但他表示，該規範“將包含具體條款，以確保有效保護海洋環境、海洋生物多樣性、人類健康和安全，以及公平享有財務效益和其他經濟利益。”*
來自工業、學術界和環保部門的科學家們正密切關注著國際海底管理局的工作。Boetius表示，最近幾年，國際海底管理局已經開展了生物保護的研討會，涉及到從細菌到章魚等生物。“（監管）體係比20年前更加生態友好，更關注環保，”她說。Boetius和其他人或機構已經提供專家參與意見，以幫助確保有足夠的環境預防措施，其中包括一個叫深海管理倡議（Deep-Ocean Stewardship Initiative）的國際網絡。“法規的起草已經取得了巨大進展，”與該網絡合作的Amon說。“但還有很多事情要做。”
Levin對此表示同意，並提出了一個問題，即最終定稿的國際海底管理局規則中有多少是強製性的，而不僅僅是推薦性的。“目前，許多環境因素隻是引導性的，” 她說。Levin沒有呼籲暫停深海采礦，但她表示，她並不完全相信進行深海采礦的必要性，她認為這不會簡單地取代對陸地礦藏的開采。“幾乎可以肯定的是，這將會增加（金屬的來源），”Levin說。她還指出，今後對金屬的回收再利用和產品壽命的改進可能會減少對原生金屬新來源的需求。“我最關心的問題是，‘我們真的需要來自海底的礦物嗎?’”
作者：Daniel Ackerman，駐馬薩諸塞州波士頓的一名科學記者。
翻譯：黃灝
審校：曾小歡
引進來源：科學美國人
引進鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/deep-sea-mining-how-to-balance-need-for-metals-with-ecological-impacts1/


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