知识窗▏海底采矿的现状、分类、核心问题及其有关争议 - 海洋化石燃料法规

文星雨 · 发表于海洋科普 2024-5-28 11:18:55

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海底采矿时代到来

2017年秋天爆出一则新闻：有家日本企业从冲绳岛附近1600多米深的海底开采出了矿石。收获的可不仅仅是一份微不足道的样本，而是超过15吨的金属矿石，它们被不间断地从海底泵到船上。这一前无古人的壮举宣告了海底采矿时代的到来。

毫无疑问，地球资源开采进入了一个新纪元。不论在日本还是其他国家，众多企业争先恐后地涌向大洋洋底，发掘金属矿藏，加拿大鹦鹉螺矿业公司就是其中一员，它计划从2019年开始在巴布亚新几内亚附近1700米深的海底开采铜矿。

其实该想法由来已久。1960年代初就有不少地质学家就把目光投向了海底，那里有着大量直径5至10厘米的矿物结核，富含锰、镍、钴，甚至稀土金属。这些奇特的小球有一个很可爱的名称，叫做多金属结核（又名锰结核）。“围绕它们展开的海洋测绘目标明确，那就是工业级的开采。”法国海洋开发研究院地球化学和资源循环实验室的研究员伊夫·富凯介绍道。“海底矿床里的金属组合很独特，在陆地上找不到对应的样本。”德国基尔大学的马克·汉宁顿惊叹不已。不过在当时，虽然丰富的矿藏令人觊觎，但是超过4000米的深度还是让人望而却步。

1978年在海脊上发现的活跃热液矿又带来了另一线新曙光。因为这些从地幔里喷涌而出的滚烫液体富含金属元素，它们一经喷出就立刻进入了海底的冰水里。结果就是，亿万年来，不计其数的铜、锌、金或银微粒沉淀在了热液“烟囱”的脚边。

这些矿藏被称为多金属硫化物，含铜量在7%左右，而如今开采的陆上铜矿平均含铜量仅为0.5%。“这就好比一个全是金属的大饼，直径200米，厚100到200米；真是一份厚礼！”巴黎地球物理学院的海洋地质学家杰罗姆·迪芒笑道，“这些金属沉淀物就躺在海底，开采起来无需掘地三尺，几乎只要伸伸手就能摘得。”当然深入水下2000米还是免不了的。

难道地球已经到了山穷水尽的地步，只能让矿工深入海底，冲破无边黑暗，承受地狱般的巨大压力？并非如此。“人类在陆地上仍然能找到充沛的金属资源，可以满足全世界的需求，很长时间里都不用担心实际的匮乏。”澳大利亚莫纳什大学杰出的资源专家加文·马德担保说。海底淘金的动机其实是地缘战略意义上的，因为许多重要金属对数字技术或可再生技术必不可少，却集中在一小部分国家手里。“欧洲和日本目前都很依赖中国，它们当然更愿意开拓新渠道。”伊夫·富凯解释道，“它们凭借各自的领海和公海就可以自给自足。毕竟海洋覆盖了地球表面三分之二的面积。”此外，在陆地上开采矿藏多多少少会破坏周围环境，引发当地居民的愤怒声讨……而从海上石油工业取得的可观进步来看，海底不再那么遥不可及，因为如今开采水下3000多米深的油气田已是家常便饭了。

深海采矿的新时代似乎已经到来，世界各国都在摩拳擦掌。“目前我们已经颁发了29张公海开采许可证，允许在深度1800至5000米的海底作业。”国际海底管理局资源部负责人桑多尔·穆尔索透露。

领军者是日本，这点很容易理解，日本的资源向来十分贫乏。杰罗姆·迪芒证实，“所有地质学家都投身其中，其他科学计划都暂时搁置了！”

此外，“韩国和印度也在紧锣密鼓地开展地球物理研究，在印度搜索硫化物和金属结核的踪迹”，杰罗姆·迪芒继续介绍说。

欧洲当然也不甘落后，在研发上增大投入，聚集瓦利斯群岛和富图纳群岛法属海域里的多金属硫化物，以及亚速群岛周边的丰富矿藏。法国在该领域走在前列，并于2015年10月制定了一项“关于探索开发海底矿藏的国家策略”。

海洋矿产资源的分类及特点

⑴滨海砂矿是一类在滨海环境下形成的具有重要工业或经济价值的矿砂。已探明的滨海砂矿达数十种，其中：金属矿物中的钛铁矿、金红石、锆石、磁铁矿(钛磁铁矿)对于航天工业及核工业具有重要意义；稀有金属矿物中的锡石、铌钽铁矿亦在航天工业或核工业中发挥着重要作用；稀土矿物中的独居石、磷钇矿所含稀土资源在高新技术工业领域应用广泛；贵金属矿物中的砂金、金刚石、银、铂等具有极高的经济价值；非金属矿物中的石英砂、贝壳、琥珀等亦含有一定价值。在当前的海底矿产资源开发利用中，其产值仅次于海底石油和天然气。世界上已有30多个国家或地区正在进行滨海砂矿的勘探和开采工作。

⑵海底煤矿是指埋藏于海底岩层中的煤矿，其作为陆地煤矿的一个补充资源已有多年的开采历史，近年来更是被看成一种潜在巨大资源日益被世界各国重视。如今，英国、土耳其、加拿大、智利、澳大利亚、新西兰、日本等国均有不同规模的海底煤矿开采、开发。然而，由于海底煤矿所处位置的特点与陆地煤矿具有很多不同，这使得海底煤矿开采有了更大的难度。一方面，海底煤矿的巷道开掘支护及后期维护需要在技术上更进一步；另一方面，海底煤矿开采过程中通风系统、排水系统、供电系统、排矸系统等较陆地煤矿需要更好的维护；再有煤矿开采后采空区的处理在技术上比陆地煤矿也具有更高要求。同时，从经济角度考虑，开采海底煤矿比开采陆地煤矿存在不利因素。因而，海底煤矿技术应用方面仍有待进一步提高。

⑶深海采矿作为一项从20世纪50～60年代开始逐渐兴起的能源研究方向，虽然在经历了20多年的热潮，到20世纪90年代逐渐冷却下来。但作为21世纪最有价值的矿产资源，深海矿物的开发在进入新世纪以来，又一次成为各国海洋资源利用的主要研究方向。世界各国在这方面又开始增加投入，都希望能在海洋能源利用方面进入领先之列。深海矿物主要包括三种类型：大洋多金属结核矿、富钴结核和海底甲烷水合物、海底热液矿床等。其中多金属结核矿和富钴结壳均含有丰富的镍、钴、锰、铜等战略金属，我国陆地金属上除镍以外，其它三种长期供应不足。甲烷水合物作为一种有望替代煤、石油等传统能源的21世纪新兴能源，其储量丰富，具有极广阔的应用前景。

深海采矿的几大核心问题

⒈什么是深海采矿？

所谓“深海采矿”指的是挖掘深海矿产资源的过程。而“深海”则是指海平面200米以下的区域。深海约占地球表面积的65%，拥有丰富的物种多样性。那里的物种都能够适应恶劣的环境，而且其中有许多甚至还不为科学所知。此外，那里还拥有独特多样的地质形态，包括海底山脉、高原、火山群、峡谷、广阔的海底平原，以及马里亚纳海沟。马里亚纳海沟是目前地球上已知的最深的海沟，距离海平面大约11000米。

⒉深海采矿已经开始了吗？

目前世界各地开展的主要是浅海领域的泥沙、锡矿和钻石开采，而且有些是在一些国家的领海进行的。但是，在公海（即不属于任何国家的国际海域）领域进行深海开采目前还处于探索阶段。截至目前，共有29个为期15年的深海勘探合同获批，目的是对3种不同的矿产资源的规模和范围进行评估，累计覆盖面积达到130万平方公里。

不过，在“深海开采行为准则”达成一致意见之前还不能对上述区域进行实际开采。在今年的两次重要会议上，相关方将针对这部法规的详细内容展开讨论，预计2020年正式出台。

⒊“行为准则”由谁决定？

该准则将由国际海底管理局（ISA）审核通过并最终颁布。ISA是一个依照《联合国海洋法公约》成立的独立机构，总部位于牙买加金斯顿，目前共有包括欧盟在内的168个国家和地区组织成员。

⒋开采主体有哪些？

深海矿开采主体有很多，包括法人企业、国有企业、（中国、法国、德国、印度、日本、大韩民国和俄罗斯联邦）政府、由保加利亚、古巴、捷克共和国、波兰、俄罗斯联邦和斯洛伐克等国组成的国际海洋金属联合组织以及库克群岛、基里巴斯、瑙鲁、新加坡和汤加等小岛屿国家。

⒌开采资源有哪些？在哪里开采？

目前拟定的开采目标包括镍、铜、钴、锰、锌、银和金。目前勘探工作主要集中在3种海洋矿产资源，包括深海多金属结核、多金属硫化物（即深海热泉附近形成的“深海块状硫化物”）和覆盖在海底山上的富钴铁锰结壳。勘探区域主要集中在太平洋、大西洋中部和印度洋海域。

⒍我们为什么需要这些矿产？

因为许多电子产品和能源存储设备都需要这些资源，比如智能手机、笔记本电脑、太阳能电池板、风力涡轮机和电动汽车等等。目前这些矿产资源的需求日渐增长，但是陆地开采供应的难度却越来越大，利润也越来越低。主张深海开采的人士认为，深海开采能够提供可靠、清洁和合乎伦理的矿产来源。

⒎如何开采？

使用比蓝鲸还要重的巨型机器对海底地层进行挖掘、疏浚或切割。通过数公里长的管道将这些海底矿藏输送到海面上的船上进行处理，同时废料将被泵回海中，所有流程都在海上完成。

⒏会对海洋产生什么影响？

这些作业过程将给海底、上层水体和所有周边环境造成影响。为了开采结核而进行的海底刮擦会破坏章鱼、海绵动物及其他物种的深海栖息地。大量的动物群落集中在深海热泉附近。这些海洋动物组成了地球上最富活力的生态系统之一，而在热泉喷口采矿可能会扰动沉积物，造成一些动物窒息。而其他一些生活于深海、适应了少光高压环境的物种也有可能受到开采带来的噪音和污染影响。科学家们担心，目前我们对这些生物或生态系统的了解还不够深入，无法建立一个适当的标准对其进行保护或监测矿产开采的影响。

⒐谁会从深海开采中获益？

国际海底管理局（ISA）的法规草案规定，从开采中获得的拟定特许费或其他款项将受到受益分享制度的管理，并在充分考虑到发展中国家需求，特别是最不发达国家和内陆地区国家的利益和需求的前提下在成员国之间进行分配。相关支付制度目前仍在研究之中，几种不同的经济模式都已被纳入考量范围。

⒑何时开始深海开采？

合同方为了获得开采权，必须根据国际海底管理局规定的制度、法规和程序进行环境影响评估，并证明其财力和技术能力。一些行业组织表示已准备好从2023年就进行开采，但大多数观察人士表示，2025年开始的可能性也许更大。

围绕深海采矿持久的众说纷纭

在过去，商业性质的深海采矿行动仅限在各国领海内进行，并未扩展至广阔的的国际公海，但如今随着陆地和沿海矿藏几乎被开发殆尽，以及各类消费电子产品、电动汽车对电池需求的日益增长，深海区域已然成为了人类下一个目标。

为了解决公海领域采矿所带来的问题，联合国下属的「国际海底管理局（ISA）机构目前正在拟定一份“开采行为准则”，目标是在2020年年底前，让所有签署了《联合国海洋法公约》的168个成员国达成共识，让开采商能够在几个指定的国际海域进行商业化采矿。

另一边，不少科学家和环境保护组织则对开采商们即将到来的行动感到担忧。他们向国际海底管理局发出警告，称在人类对于深海环境的了解尚不充分，甚至还有很多新物种未被发现之前，贸然地进行开采，只会对深海环境造成不可逆的破坏，重蹈人类在陆地采矿的覆辙。地球的未来，以及深海中的亿万生灵，此刻都悬在我们的一念之间。

广义上的“深海”区域，在国际上已有明确定义。它一般是指水深200米以下的区域，总面积约占全球海洋的65%，同时占地球总表面积的45%左右。

你显然不能指望，人类可以像在陆地一样，开着矿车在深海平原上纵横驰骋。你真正会看到的深海用矿机，长着都和坦克差不多，有的重量甚至达到了蓝鲸的两倍多。它们配有巨大的履带、犁刀或螺旋状的滚筒，到达海底后便会像吸尘器一般将夹杂了矿石的沉积物吸入，或是用滚动链齿将海平面挖开，再通过好几公里长的垂直管道泵输送到海面上的矿船上。

对大部分开采商来说，深海内最具吸引力的是三种矿物，包括多金属结核、从热泉喷口喷出的多金属硫化物，以及覆盖在海底山上的富钴结壳。以多金属结核为例，这种通体黑色、和马铃薯差不多大小的球体石块，主要分布在深海平原的细粒沉积物中，它一般含有多种金属，包括锰、铁、铜、镍、钴、铅和锌，还含有少量贵重金属，例如钼、锂、钛和铌等。

目前，多金属结核商业开采最深入的区域是位于太平洋东部的克拉里昂-克利珀顿区（CC区），该区域的水深达到了3500～5500米，仅能依靠专业的深海开采设备才能到达。但仅仅是这一处矿床所蕴含的锂离子电池原料——镍、钴和锰，就已经超过了目前陆地上已知的这三种矿产资源的总和。

面对如此庞大的资源储量，任何开采商乃至是国家政府都会希望从中分得一杯羹，只不过在国际海底管理局的规定完成前，公海领域只允许进行勘探性质的行动。当然，这并不妨碍一些开采商在别国的领海内开展采矿尝试。

全球第一家获得深海采矿许可的是加拿大的鹦鹉螺矿业（Nautilus Minerals）公司，它们之所以会用「鹦鹉螺」这个名字，大概也是有意向史上第一艘动力潜艇致敬。不过，这家公司的采矿地并不是在加拿大海域内，而是南太平洋西部的一个岛国：巴布亚新几内亚。

负责该业务的鹦鹉螺矿业副总裁亚当·赖特（Adam Wright）说道，在他看来，陆地采矿会破坏大片树木和地表土壤，而海底采矿则可以有效避免这些问题出现。从技术层面上说，矿产行业也已经对深海开采有了充分准备。一部分原因得益于海洋油气开采的成熟化，让不少基础装备与组件都可以直接应用在深海采矿中，加上多年的勘探测试，也间接推动了像深海矿车这类装备的进步，剩下的就是在具体的商业化项目上进行论证。

但与此同时，来自阿拉斯加大学的海洋保护教授理查德·施泰纳（Richard Steiner）博士却对鹦鹉螺公司前期提交的环境影响评估报告提出质疑：该项目很可能会对一些全球极为罕见、以及人类了解甚少的生物群落造成长期影响，甚至是灭绝；同时，与规模和风险相比，项目本身也无法为巴布亚新几内亚的人民带来对等的益处。

还有人表示，开采船和海底机器的长期运作会产生大量的噪声，这会让那些靠声音来判断方位的深海动物失去相互交流和聆听周围环境的机能，甚至会进一步赶跑鱼群，影响当地的渔业捕捞。

这个本该在2019年初启动的项目，之后却因鹦鹉螺矿业和巴布亚新几内亚政府之间的纠纷导致中断，连原本花数亿重金制造的深海开采船都只能卖给另一家公司。

截止到今天，有关深海采矿的争议正在继续，但无论持支持态度的开采商和国际海底管理局，还是反方的环保组织和部分科学家，双方都会拿出对自己有利的观点，唯一缺失的是真正具有说服力的勘探数据。

由于技术和财力上的限制，此前大部分深海区域从未有过考察，更别说验证海底采矿对生物和环境带来的影响，少数试验只是使用一些小型机器来模拟矿机作业，要不就是实验室的模拟推论，但覆盖面还不够广。

目前，针对深海采矿影响分析的最大规模试验还是在三十多年前进行的。科学家Thiel当时使用了一个宽8米的爬犁模拟矿机采矿，在海底扬起了一大片如同云雾般的泥沙，这些沉积物之后会沉降下来覆盖大部分区域，让海底生物被掩埋，直至窒息而死。原因在于，千米下的深海往往都是极为清澈的，那里的生物也适应了这样的环境，但谁都不知道它们是否也能适应夹杂了泥沙的浑浊水流。

在这次试验后，Thiel还多次重回试验点查看，发现该区域的生态和一些生物始终没能恢复到原样，这虽然能说明一些问题，但依旧很难让研究人员对实际的风险进行量化。

国际海底管理局的科学顾问团在接受《自然》杂志采访时也表示，大家都知道深海采矿会对生物带来影响，但这究竟会带来整个物种的灭绝，还是只限定在采矿区内？这个问题很复杂，仍然需要长期的环境基准研究。而前鹦鹉螺矿业的创始人，现任深绿矿业公司负责人的大卫·海登（David Heydon）在接受《大西洋月刊》采访时则强调，如果人类继续靠陆地上的化石燃料来维持，地球终将走向毁灭。

如今，国际海底管理局已经签署了30份深海采矿合同，这些开采商都拥有缔约国的担保，合同的有效期为 15 年，只要确定了“行为准则”，它们就可以在数个指定区域正式开展商业化采矿行动。

某种程度上说，有关深海采矿的争论其实早已结束，当许多国家开始寻求全面电子化、智能化的改革，而各类新兴的科技产品在引领着消费者远离传统化石燃料之时，到深海寻求更丰富的矿藏，已经变成了必然选择。

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■本文依据新发现、中外对话海洋、Nautilus等相关内容综合撰写

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