海洋環(huán)境：如何平衡人類對金屬的需求和對環(huán)境的影響


圖片來源：Pixabay
人類減少對化石燃料依賴的過程需要數(shù)十億公斤的金屬，例如一臺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、水污染和人權(quán)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(jīng)關注這一可能性幾十年了，但工程上的挑戰(zhàn)和不景氣的經(jīng)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(guī)則來管理這個新興行業(yè)。但這種情況很快就會得到改變：聯(lián)合國特許的國際海底管理局（International Seabed Authority, ISA）正在最后確定在國際水域進行商業(yè)開采深海金屬的條例。這些條例可能在一年內(nèi)就會出臺。設定標準的內(nèi)在壓力在于如何平衡金屬生產(chǎn)帶來的經(jīng)濟利益和其對環(huán)境的潛在破環(huán)。
支持者表示，深海采礦可以避免一些開采陸地礦藏的弊端并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(huán)境及其支持的生命都知之甚少?！翱傮w來說，我認為我們現(xiàn)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(tài)系統(tǒng)。”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）興趣主要集中于一種特定資源：多金屬結(jié)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(jù)她的觀點，隨著溶解態(tài)金屬以有機物作為核心（通常是古代鯊魚的牙齒），沉淀在其周圍，多金屬結(jié)核經(jīng)歷了數(shù)百萬年的時間才形成。她說，這些結(jié)核在全球許多地區(qū)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，即克拉里昂-克利帕頓斷裂區(qū)（Clarion-Clipperton Zone, CCZ），多金屬結(jié)核的數(shù)量尤其豐富。僅這一區(qū)域多金屬結(jié)核的鎳、鈷含量超過了陸上所有已知的儲量。
這些結(jié)核通常在海底以下三公里處，開采它們?nèi)匀皇且粋€理論設想，盡管大多數(shù)開采計劃都描繪了一個類似的方案，即首先用翻斗車大小的收集車在海底搜尋含有結(jié)核的沉積物。然后，一個垂直的升流管會將這些物質(zhì)運送到裝有分揀設備的船上，這些船會挑選出可利用的結(jié)核，并將不需要的沉淀物沖回海洋。
但這種采礦方法必然會擾亂海洋環(huán)境，改變深海生態(tài)系統(tǒng)，而科學家們?nèi)栽谂α私馍詈Ｉ鷳B(tài)系統(tǒng)。2016年《自然》上的一項研究表明，研究人員發(fā)現(xiàn)7個新物種（其中4個代表了新的屬）生活在克拉里昂-克利帕頓區(qū)的結(jié)核礦床中?！按送膺€有數(shù)以百萬計的物種還有待研究，”Lisa Levin說。她是斯克里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
盡管研究人員拼湊了這些深海生態(tài)系統(tǒng)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(fā)表在《科學進展》的研究表明，收集車可以對海底產(chǎn)生長期的物理和生物影響。她的團隊重新調(diào)研了秘魯盆地的一個地點，研究人員曾于1989年在這里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。幾十年后的重訪發(fā)現(xiàn)，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(wěn)定環(huán)境中，水的流動微弱、沉積物的沉降速率低，一個區(qū)域的自我恢復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(qū)域少30%。蠕蟲和海參等動物的數(shù)量也有減少?！爱敵练e物被如此壓緊，生物不能再進入了，”Boetius說?！拔覀兊膶嶒灤_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(qū)域重新繁衍?！?br>

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深海采礦可能不止有對海底的影響。從分揀船向海中沖回沉淀物時形成的羽狀流體就像是陽光照射下倒立在海洋表面下的大煙囪?？茖W家估計，一個多金屬結(jié)核礦的作業(yè)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(xiàn)場試驗研究了這些羽狀流體的行為，他發(fā)現(xiàn)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。比如浮游生物和水母，它們是在幾乎沒有沉積物的海水中進化而來的。大多數(shù)此類生物通過過濾海水中的微小有機顆粒來獲取食物。如果置身于含有沉積物的羽狀海水流體中，“它們將要面對1噸的泥漿，”他說?！斑@可能會使得它們的濾食系統(tǒng)被堵住，或者讓它們從劣質(zhì)食物中篩選出優(yōu)質(zhì)食物?！?br> 今年6月發(fā)表在《美國國家科學院院刊》的一篇經(jīng)過同行評議的論文中，Drazen和十幾位合作作者強調(diào)了采礦對深海水域構(gòu)成的這種風險以及其他的風險。作者們還警告說，這種做法可能會干擾動物之間的交流，例如沉積物在升流管中的咯咯聲所造成的噪聲污染會干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(fā)光信號。“這些動物只是一閃一閃的，”Drazen說。駕駛潛水艇穿過它們就像“穿過星星?！?br> 如何前進
雖然Drazen和其他人已經(jīng)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，一方面可用的信息仍然匱乏，另一方面這個行業(yè)還處于初級階段。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(fā)展深海采礦，Diva Amon說?！拔覀儗嶋H上是在破壞一個我們還不了解的生態(tài)系統(tǒng)?！彼莻惗刈匀粴v史博物館的海洋生物學家。非盈利組織保護國際（Conservation International）等呼吁10年內(nèi)暫停推進深海采礦，以便給科學家和決策者更多時間調(diào)研潛在的環(huán)境危害。
但另一些人則將這一新興行業(yè)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(xiàn)有陸地采礦活動產(chǎn)生的相關環(huán)境成本和社會成本?！爱斘议_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(yè)公司簽訂了在克拉里昂-克利帕頓區(qū)進行勘探的協(xié)議。他指出，有時發(fā)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，“人類對地球系統(tǒng)的破壞會小得多，”Stone認為。他補充道，在商業(yè)開采之前進行多年的環(huán)境評估將有助于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(guī)定中要求的。例如，可以通過禁止開采環(huán)境最脆弱的區(qū)域。


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根據(jù)其秘書長Michael Lodge的書面聲明，國際海底管理局通過在克拉里昂-克利帕頓區(qū)增加的科學研究，來確定保護海洋環(huán)境所需的最佳措施，于此同時該組織創(chuàng)建了第一份深海開采開發(fā)規(guī)范。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，那么這些規(guī)定將被采納。今年夏天，由于COVID-19的影響，該組織的年度會議被推遲，但這些規(guī)定可能會在明年通過。Lodge并沒有詳細說明對于每一種研究人員目前已知的潛在環(huán)境危害可能采取的監(jiān)管措施。但他表示，該規(guī)范“將包含具體條款，以確保有效保護海洋環(huán)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(jīng)濟利益?！?
來自工業(yè)、學術界和環(huán)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(jīng)開展了生物保護的研討會，涉及到從細菌到章魚等生物。“（監(jiān)管）體系比20年前更加生態(tài)友好，更關注環(huán)保，”她說。Boetius和其他人或機構(gòu)已經(jīng)提供專家參與意見，以幫助確保有足夠的環(huán)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(wǎng)絡?！胺ㄒ?guī)的起草已經(jīng)取得了巨大進展，”與該網(wǎng)絡合作的Amon說。“但還有很多事情要做。”
Levin對此表示同意，并提出了一個問題，即最終定稿的國際海底管理局規(guī)則中有多少是強制性的，而不僅僅是推薦性的?！澳壳埃S多環(huán)境因素只是引導性的，” 她說。Levin沒有呼吁暫停深海采礦，但她表示，她并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?！皫缀蹩梢钥隙ǖ氖牵@將會增加（金屬的來源），”Levin說。她還指出，今后對金屬的回收再利用和產(chǎn)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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