日本能源新戰(zhàn)略：開采海底熱泉噴口礦藏

瑪莎·亨利克斯

沖繩島位于日本西南的琉球群島，在這一片狹長(zhǎng)地帶數(shù)千米之下的海底，散落著一些已經(jīng)熄滅的海底熱泉噴口。

由于國(guó)際社會(huì)對(duì)深海采礦的興趣日益濃厚，這些早已死亡的海底熱泉噴口處的礦物質(zhì)正受到越來(lái)越多的關(guān)注。據(jù)悉，在這些散落的礦藏中，僅其中一處的鋅儲(chǔ)量就足以滿足日本一年的需求。對(duì)一個(gè)大量礦產(chǎn)資源依賴進(jìn)口的國(guó)家來(lái)說(shuō)，海底硫化物礦床是誘人的潛在替代選擇。但要付出高昂代價(jià)：采礦可能會(huì)破壞寧?kù)o的海域，危及獨(dú)特而脆弱的生態(tài)系統(tǒng)。

這些富含礦物質(zhì)的礦床，被稱為海底塊狀硫化物，標(biāo)志著曾經(jīng)有滾燙的熱水，從靠近板塊邊界的海底地殼煙囪狀裂縫中涌上來(lái)，當(dāng)冰冷的海水通過(guò)地殼的裂縫滲透下來(lái)，加熱并從巖石中浸出礦物質(zhì)時(shí)，就形成了這些塊狀硫化物。

直到1977年人們才發(fā)現(xiàn)，這些噴口在活躍的時(shí)候是各種生命形式的家園，包括可以長(zhǎng)達(dá)兩米多的管狀蠕蟲，身形沒(méi)有顏色的白色蝦蟹類和魚類，還有無(wú)數(shù)種微生物，它們獨(dú)特地適應(yīng)了海底熱泉噴口炙熱而黑暗的生活環(huán)境。

這些噴口不會(huì)永遠(yuǎn)存在。在數(shù)千年的時(shí)間里，地殼構(gòu)造力將這些噴口帶離板塊邊界更遠(yuǎn)，它們變得越來(lái)越不活躍，逐漸冷卻、消沉。在這些休眠地點(diǎn)附近有礦床，其中包括銅、鋅、鉛、金和銀等金屬。一個(gè)單獨(dú)的礦丘就可以容納數(shù)百萬(wàn)噸的金屬礦石。

對(duì)日本來(lái)說(shuō)，這些大型礦床成為供應(yīng)國(guó)內(nèi)金屬需求的潛在資源。2013年，日本政府啟動(dòng)了一項(xiàng)尋找這些礦床的研究項(xiàng)目。盡管它們尋找規(guī)模很大，但是要找到這些礦床還是很困難。

英國(guó)地質(zhì)調(diào)查所礦床和有用物質(zhì)調(diào)查小組組長(zhǎng)魯斯蒂乘坐科學(xué)考查船，考查了巴西沿岸的里奧格蘭德海隆，他在考查船上發(fā)郵件稱。“遙感探測(cè)工具探測(cè)不到熱金屬排放。隨著時(shí)間的推移，它們可能被沉積物改變和覆蓋，最終被掩埋，在海底很難找到明確的位置。”

這項(xiàng)工作要在3000米深的海底進(jìn)行，海底條件極其惡劣，水流洶涌。要確定這些礦床的位置的確是一種挑戰(zhàn)，同時(shí)確定它們的規(guī)模也非常重要，它們有可能延伸到海底下幾十到幾百米。確定它們的規(guī)模有助于查明它們可以提供多少礦物資源。

研究人員正在研發(fā)新的技術(shù)來(lái)解決這些問(wèn)題。在東京的一家地球物理測(cè)量公司 JGI 的研發(fā)部總經(jīng)理淺川說(shuō)，利用聲波學(xué)是目前最有希望解決問(wèn)題的方法，聲波從水下傳播到海底，遇堅(jiān)硬的礦床表面，聲波會(huì)被部分反射?！拔覀兺ㄟ^(guò)水聽(tīng)器探測(cè)能接收到非常細(xì)致、非常微弱的反射波。我們分析反射數(shù)據(jù)就能得到水下圖像。我們的系統(tǒng)非常先進(jìn)，這可能是目前世界上最先進(jìn)系統(tǒng)?！?/p>

自2014年以來(lái)，JGI就利用這些方法與日本海洋地球科學(xué)技術(shù)研究所合作，進(jìn)行了下一代海洋資源勘探技術(shù)項(xiàng)目。

其他研究人員主要使用電磁方法來(lái)識(shí)別礦床。日本石油、天然氣和金屬國(guó)家公司利用這些技術(shù)發(fā)現(xiàn)了六個(gè)大型礦床，可能是開采的合適選擇。2017年，其中一個(gè)礦床在初步試驗(yàn)階段被挖掘出來(lái)，首次將大量礦石從海底向海面抬升了1600米。下一步是要看這能否在商業(yè)規(guī)模上發(fā)揮做用。

但這類活動(dòng)伴隨著巨大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。皮尤信托海底采礦項(xiàng)目主管紐金特表示，主要問(wèn)題之一是，我們對(duì)海底環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的了解非常少。盡管進(jìn)行了幾十年的研究，但大多數(shù)海底區(qū)域尚未繪制成地圖。關(guān)于了解海底所支持的生態(tài)系統(tǒng)的研究更是少之又少?！皩?duì)于深海采礦領(lǐng)域的研究很少有人探索過(guò)，”紐金特說(shuō)，“所以我們是在空白的基礎(chǔ)上出發(fā)的?！?/p>

魯斯蒂說(shuō)，“滅絕的礦床仍將有它們自己的生態(tài)系統(tǒng)存住，而這些生態(tài)系統(tǒng)可能受到干擾，目前嚴(yán)重缺乏關(guān)于生物和生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究，對(duì)將要采用的采礦方法及其對(duì)深海生態(tài)系統(tǒng)影響的程度和持續(xù)時(shí)間都存在不確定性。”

對(duì)于國(guó)際水域的未來(lái)項(xiàng)目，國(guó)際海底管理局正在擬訂關(guān)于深海采礦的環(huán)境條例。紐金特正在就這些規(guī)定提出建議。他說(shuō)，鑒于我們對(duì)這些潛在的采礦地點(diǎn)缺乏了解，最好的辦法是采取預(yù)防措施。

有毒的煙云狀沉積物

當(dāng)國(guó)際海底管理局的指導(dǎo)方針最終生效時(shí)，此類的規(guī)定可能只適用于國(guó)際水域，這些水域構(gòu)成了海洋的大部分。但在公海之外，在沿海國(guó)家周圍的海洋，專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)，各國(guó)都按照自己的規(guī)則行事。

深海采礦的潛在影響是廣泛的，會(huì)產(chǎn)生綿延數(shù)百公里的煙云狀沉積物。這些煙云狀沉積物是由于擾亂了海底生態(tài)而產(chǎn)生的，它們被認(rèn)為是深海采礦的最大傷害，內(nèi)含有毒物質(zhì)，也可能會(huì)使它所覆蓋的海底生物窒息。海底水流的湍流讓我們很難預(yù)測(cè)這些煙云狀沉積物如何擴(kuò)散。

除了這些煙云狀沉積物，如果采礦活動(dòng)持續(xù)24小時(shí)，還會(huì)對(duì)野生生物產(chǎn)生其他形式的干擾?！拔覀冎?，只要有船在海面作業(yè)就會(huì)給鳥類帶來(lái)夜間燈光;增加的航運(yùn)噪音，對(duì)于有些海洋哺乳動(dòng)物和魚類來(lái)說(shuō)也是一個(gè)干擾?！卑？巳卮髮W(xué)生態(tài)學(xué)家湯普森說(shuō)，他正在研究深海采礦的潛在影響。

“我們能預(yù)測(cè)很多事情會(huì)與這類采礦活動(dòng)有關(guān)，但有關(guān)的程度我們真的不知道。這是一個(gè)問(wèn)題?！钡?，魯斯蒂說(shuō)，深海的環(huán)境影響可能會(huì)被一個(gè)巨大的好處所抵消。它們可能是一種比陸地上發(fā)現(xiàn)的金屬礦，含量更高的金屬資源。例如，陸上銅礦的礦石質(zhì)量在10年內(nèi)下降了25%。質(zhì)量較差的礦石，每千克礦石中含銅量較少，這意味著提取金屬銅需要更多的能源和碳排放。

“這些海底礦床的金屬含量，比我們?cè)陉懙厣祥_采的同類礦床要高得多，”魯斯蒂說(shuō)，“因此，生產(chǎn)同樣數(shù)量的金屬，需要更少的礦石。減少采礦、碎石和研磨意味著減少能源消耗?！?/p>

在建造太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施方面，銅等金屬的需求量非常大。一些最大的陸基銅礦的銅礦石產(chǎn)量約為0.7%，而海底塊狀硫化物提煉出的含量要高出數(shù)倍。

魯斯蒂說(shuō)：“開采深海金屬資源將導(dǎo)致對(duì)自然環(huán)境的干擾，但這些金屬對(duì)許多技術(shù)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，而這些技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)消除貧困、保護(hù)地球、確保人類的繁榮和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)而言，是至關(guān)重要的。”

湯普森說(shuō)，要為再生能源技術(shù)提供原材料和保護(hù)深海之間找到一條路，是很艱難的。“我們需要一個(gè)去碳化的未來(lái)，但我們也知道，我們無(wú)法以目前的速度，維持這些資源的使用?！?/p>

湯普森認(rèn)為，要更多地關(guān)注循環(huán)利用。從我們已經(jīng)在使用的礦物和材料中，尋找解決辦法?！拔覀儜?yīng)該以一種更可持續(xù)的方式做到這一點(diǎn)，方法是：提高回收率，找到不需要開發(fā)那些資源的新型技術(shù)”。

日本最新能源戰(zhàn)略聲稱，它計(jì)劃進(jìn)一步研究海底開采的大量硫化物。但它最終是否會(huì)以商業(yè)規(guī)模出現(xiàn)，還取決于礦床的可獲得性和開采成本。能源戰(zhàn)略的另一部分是：注重礦物的再利用，“積極促進(jìn)”新循環(huán)利用技術(shù)的發(fā)展。

海底熱泉噴口周圍的礦床，只是未來(lái)幾年深海采礦的幾個(gè)興趣點(diǎn)之一。其他還包括在深海平原采礦，在富鹽水域探勘富含金屬的泥漿。但是總體來(lái)說(shuō)，深海采礦和環(huán)境破壞之間的矛盾，尚未得到解決。（編輯/小文）