環境與生態

深海採礦爭奪戰

深海底部有豐富礦核,藏量堪比陸上礦藏,各國已展開採礦作業,卻也衝擊了深海生態系。科學家正加緊研究步伐,設法減少危害,以防生態浩劫。

撰文/皮考克(Thomas Peacock)、阿爾佛德(Matthew Alford)
翻譯/張雨青

環境與生態

深海採礦爭奪戰

深海底部有豐富礦核,藏量堪比陸上礦藏,各國已展開採礦作業,卻也衝擊了深海生態系。科學家正加緊研究步伐,設法減少危害,以防生態浩劫。

撰文/皮考克(Thomas Peacock)、阿爾佛德(Matthew Alford)
翻譯/張雨青


在美國聖地牙哥外海約50公里處,我們操作著水下1000公尺的測具,那是在今年2月下旬的事。我們的研究船莎莉萊德號(RV Sally Ride),載有八個貨櫃,每個都和小轎車一般大,裝滿從太平洋深處撈起的底泥。當天上午,我們把泥巴放進一個巨大水槽裡,加入海水攪和一小時後,把整槽泥水用60公尺長的大排放管從船的側邊注入海中。


顆粒受到洋流牽引,從船邊向下往外擴散,我們追蹤了六小時。吊掛在船邊的複雜探測器陣列,讓我們得以測定水柱中羽流(plume)的形狀與沉積物濃度。但訊號越來越弱。


「深海採礦」是一項迫在眉睫的議題,可能很快就要對海洋造成重大衝擊。我們的目標是針對此議題取得海洋數據。


世界各國政府與企業猶豫幾年之後,決定開始探索深海海床,尋找有用的礦物,其中以鎳、銅與鈷為主。海下數千公尺處有拳頭大的礦核沉澱,裡頭就含有這些金屬。大小如同聯合收割機的自動採礦機貼著海床徐行,把含有礦核的表層沉積物吸起,所經之處翻攪起一陣沙土。採礦機沿途把礦核抽進一條數公里長的大輸送管,送上平底船。原料在船上過篩,每天分離出數百萬顆高密度金屬礦核,剩餘的沉積物則送回海中,向下形成沉積物羽流。


這一整套流程會如何影響海床以及其上方的生物?我們的排放試驗是找出解答的第一步。


全球金屬需求攀升,陸地上一些優質礦藏卻日漸枯竭。幾家企業例如全球海洋礦物資源公司(GSR)與英國海底資源公司(UK Seabed Resources),紛紛投資深海採礦,認為比陸上開採更划算,特別是在廠商被迫遷就等級較差的礦區,而且產出的礦砂也不容易精煉的情況下。


某些陸上礦物資源不多的國家,諸如日本、韓國,也想湊一腳,探勘海中廣大的礦床。去年9月,日本石油天然氣金屬礦物資源機構(JOGMEC)進行第一套大型商用試驗,在沖繩附近的日本專屬經濟海域內,用挖礦原型機把數以噸計的鋅與其他金屬從1600公尺深的礦床淘出。小島國家與其他地區,例如東加與庫克群島,由於資源有限,難以自行扶植這類產業,則討論是否對外租售經濟海域的開採權。而管理「國際水域」(international waters,又稱公海、國際海域)商業活動的「國際海底管理局」(International Seabed Authority, ISA)已發出28張探勘執照,准許來自20國的機構在海底開採樣本。


科學家則努力想釐清更多潛在危害,以及找出降低傷害的措施,此時此刻,各國政府、產業界、ISA、大學與科學機構也正合作研究相關問題,其目標與我們研究相似。有別於過去煤礦、油礦、磷礦與其他天然資源的開採,科學界這回有機會在大型採礦產業崛起之前,與各方陣營攜手建立有效的防護機制,以及評估海中開採相對於陸上開採的衝擊程度。


海洋礦藏獲利可期


一個半世紀前,瑞典探險家於西伯利亞外圍的喀拉海(Kara Sea)首度發現海洋礦藏。1870年代知名的英國艦隊挑戰者號(HMS Challenger)遠征,把近代海洋學往前推進,期間也證實海中處處有礦藏。1970年代,美國中央情報局(CIA)精心策劃一場騙局,對外宣稱採集錳核,實則暗自在太平洋打撈沉沒的蘇聯潛艇K-129。然而當時深海開採的技術難度高,礦物價值低,業者實際進行商業探勘的意願不高。


過去10年,業者對海底採礦的興趣明顯提高。全球人口增加、都市化、消費力提高,以及運用特定金屬的技術普及,大大推升市場預期需求。例如全球的鎳需求目前約每年200萬公噸,估計2030年將攀升50%。陸上的鎳礦蘊藏量約7600萬公噸,而單單克拉利恩-克利珀頓破裂帶(Clarion-Clipperton Fracture Zone, CCFZ)這塊從夏威夷延伸至下加利福尼亞半島的深海平原,海底礦核所含的鎳就接近陸上藏量。鈷的情況也類似:陸上藏量約700萬公噸,CCFZ的鈷核則有過之而無不及。


令人寄予厚望的礦源主要分成三種型態。第一種是海底熱泉,無論活躍與不活躍,都源於火山活動遺留的裂口,熱物質沿板塊構造邊緣冒出,形成海底熱液硫化物(seafloor massive sulfide),是含量甚豐的礦源,含有銅、鋅、鉛與金。巴布亞新幾內亞已核准加拿大的鸚鵡螺礦業公司(Nautilus Minerals)在經濟海域內不活躍的索瓦拉一號區(Solwara I)開採硫化物。ISA則簽發了七張在公海非活躍地帶探勘硫化物的執照。活躍地帶因具有獨特的生態系,科學家呼籲中止開採。


第二種礦源是鈷華(cobalt crust),由海水中的金屬自然析出,沉澱於海底山的頂部與側壁的堅硬岩盤。這層「皮」長得很慢,每100萬年只長幾公釐,一般會長到5~10公分。除了鈷,鈷華中還含有鎳與其他具經濟價值的金屬。儘管ISA核發了四張西太平洋的探勘執照,採集鈷華可能是最費事的選項,因為鈷華很難從岩石上刮起,而且岩壁通常陡峭,在海下很難開採。


大多數深海採礦企業瞄準的是第三種礦源,即含有多種金屬的錳核,下文僅探討錳核的開採。有些錳核散佈於海床上,有些埋在廣大區域的沉積物中。它們於海下數千公尺深處形成,是由海水中的金屬圍繞岩屑析出,沉澱後形成結核,直徑每100萬年增長約一公分。


ISA核發了16張CCFZ的礦核探勘執照。礦核組成雖不盡相同,但典型的礦核樣本中,鎳、銅與鈷約佔3%的重量,這是真正值錢的部份;錳的含量約25%,如果大規模開採,全球供給量將大增;礦核剩下的部份,多是無經濟價值的硬化物質。


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