stringtranslate.com

Марганцевый конкреций

Марганцевый конкреций
Конкреции на морском дне
На дне моря обнаружены железомарганцевые конкреции

Полиметаллические конкреции , также называемые марганцевыми конкрециями , представляют собой минеральные конкреции на морском дне, образованные концентрическими слоями гидроксидов железа и марганца вокруг ядра. Поскольку конкреции можно найти в огромных количествах и они содержат ценные металлы, месторождения были идентифицированы как потенциально интересные с экономической точки зрения. [1] В зависимости от их состава и авторского выбора их также можно назвать железомарганцевыми конкрециями . Железомарганцевые конкреции представляют собой минеральные конкреции, состоящие из силикатов и нерастворимых оксидов железа и марганца , которые образуются на дне океана и наземных почвах . Механизм образования включает серию окислительно-восстановительных колебаний, вызванных как абиотическими , так и биотическими процессами. [2] Как побочный продукт педогенеза , конкретный состав железомарганцевой конкреции зависит от состава окружающей почвы. [2] Механизмы образования и состав конкреций допускают связь с биогеохимическими циклами помимо железа и марганца. [2] Высокое относительное содержание никеля , меди , марганца и других редких металлов в конкрециях повысило интерес к их использованию в качестве горнодобывающего ресурса. [3] [4]

Узелки различаются по размеру от крошечных частиц, видимых только под микроскопом, до крупных гранул более 20 сантиметров (8 дюймов) в поперечнике. Однако большинство узелков имеют диаметр от 3 до 10 см (от 1 до 4 дюймов), что примерно соответствует размеру куриных яиц или картофеля . Текстура их поверхности варьируется от гладкой до шероховатой. Они часто имеют гроздевидную (сосцевидную или узловатую) текстуру и варьируются от сферической по форме до типично сплющенной , иногда вытянутой или иным образом нерегулярной. Нижняя поверхность, погребенная в осадке , обычно более шероховатая, чем верхняя из-за другого типа роста . [5]

Происшествие

Конкреции лежат на морском дне , часто частично или полностью захороненные. Они сильно различаются по обилию, в некоторых случаях соприкасаясь друг с другом и покрывая более 70% поверхности морского дна. Общее количество полиметаллических конкреций на морском дне было оценено в 500 миллиардов тонн Аланом А. Арчером из Лондонского геологического музея в 1981 году. [6]

Полиметаллические конкреции встречаются как в мелководных (например, в Балтийском море [7] ), так и в более глубоких водах (например, в центральной части Тихого океана ), даже в озерах [8] и, как полагают, являются характерной чертой морей и океанов, по крайней мере, с тех пор, как глубокие океаны были насыщены кислородом в эдиакарский период более 540 миллионов лет назад. [9]

Полиметаллические конкреции были обнаружены в 1868 году в Карском море , в Северном Ледовитом океане Сибири . Во время научных экспедиций HMS Challenger (1872–1876) было обнаружено , что они встречаются в большинстве океанов мира. [10]

Их состав варьируется в зависимости от местоположения, и значительные месторождения были обнаружены в следующих районах:

Крупнейшие из этих месторождений с точки зрения обилия конкреций и концентрации металлов находятся в зоне Кларион Клиппертон на обширных абиссальных равнинах в глубоком океане между 4000 и 6000 м (13000 и 20000 футов). Международное управление по морскому дну оценивает, что общее количество конкреций в зоне Кларион Клиппертон превышает 21 миллиард тонн (Бт), содержащих около 5,95 Бт марганца , 0,27 Бт никеля , 0,23 Бт меди и 0,05 Бт кобальта . [5]

Все эти месторождения находятся в международных водах, за исключением бассейна Пенрин, который находится в исключительной экономической зоне Островов Кука .

Рост и состав

Марганцевые конкреции из южной части Тихого океана

Как в морской, так и в наземной среде железомарганцевые конкреции состоят в основном из конкреций оксидов железа и марганца, поддерживаемых алюмосиликатной матрицей и окружающих ядро. [2] [3] Обычно наземные конкреции более обогащены железом, в то время как морские конкреции, как правило, имеют более высокие соотношения марганца к железу, в зависимости от механизма образования и состава окружающих осадочных пород. [2] [3] Независимо от того, где они образуются, конкреции характеризуются обогащением железом, марганцем, тяжелыми металлами и содержанием редкоземельных элементов по сравнению с земной корой и окружающими осадками. [3] Однако органически связанные элементы в окружающей среде нелегко включаются в конкреции. [3]

Морские конкреции

На морском дне обилие конкреций варьируется и, вероятно, контролируется толщиной и стабильностью геохимически активного слоя , который образуется на морском дне. [15] Тип пелагических осадков и батиметрия морского дна (или геоморфология ) вероятно влияют на характеристики геохимически активного слоя.

Рост конкреций является одним из самых медленных из всех известных геологических явлений, порядка сантиметра за несколько миллионов лет. [16] Предполагается, что в образовании конкреций участвуют несколько процессов, включая осаждение металлов из морской воды , ремобилизацию марганца в водной толще (диагенетический), получение металлов из горячих источников, связанных с вулканической активностью ( гидротермальный ), разложение базальтовых обломков морской водой и осаждение гидроксидов металлов посредством деятельности микроорганизмов (биогенный). [17] Сорбция двухвалентных катионов , таких как Mn2 + , Fe2 + , Co2 + , Ni2 + и Cu2 + на поверхности оксигидроксидов Mn и Fe , которые, как известно, являются сильными сорбентами , также играет основную роль в накоплении этих переходных металлов в марганцевых конкрециях . Эти процессы ( осаждение , сорбция , поверхностное комплексообразование, поверхностное осаждение, включение путем образования твердых растворов ...) могут происходить одновременно или следовать друг за другом в процессе образования конкреции.

Марганцевые конкреции в основном состоят из гидратированных филломанганатов. Это слоистые минералы оксида марганца с прослойками, содержащими молекулы воды в различных количествах. Они сильно взаимодействуют с микроэлементами ( Co2 + , Ni2 + ) из-за октаэдрических вакансий, присутствующих в их слоях. Особые свойства филломанганатов объясняют роль, которую они играют во многих геохимических процессах концентрации. Они включают следы переходных металлов в основном через катионный обмен [18] в своих прослойках, как глинистые минералы , и поверхностное комплексообразование [19] путем образования комплексов внутренней сферы на поверхности оксида, как это также происходит с водными оксидами железа , HFO. [20] Небольшие изменения в их кристаллографической структуре и минералогическом составе могут привести к значительным изменениям в их химической реакционной способности. [21]

Полиметаллические конкреции

Минеральный состав марганцевосодержащих минералов зависит от того, как образуются конкреции; осадочные конкреции, которые имеют более низкое содержание Mn 2+, чем диагенетические , преобладают Fe-вернадит, Mn -фероксигит и асболан - бузерит, в то время как диагенетические конкреции преобладают бузерит I, бернессит , тодорокит и асболан-бузерит. [18] Типы роста, называемые диагенетическими и гидрогенетическими, отражают субоксический и кислородный рост, который, в свою очередь, может быть связан с периодами межледникового и ледникового климата. Было подсчитано, что субоксически-диагенетические слои типа 2 составляют около 50–60% химического состава конкреций из зоны Кларион Клиппертон (CCZ), тогда как оксично-гидрогенетические слои типа 1 составляют около 35–40%. Оставшаяся часть (5–10%) конкреций состоит из включенных частиц осадка, расположенных вдоль трещин и пор . [22]

Химический состав конкреций варьируется в зависимости от типа марганцевых минералов , а также размера и характеристик их ядра. Те, которые представляют наибольший экономический интерес, содержат марганец (27–30 мас. %), никель (1,25–1,5 мас. %), медь (1–1,4 мас. %) и кобальт (0,2–0,25 мас. %). Другие компоненты включают железо (6 мас. %), кремний (5 мас. %) и алюминий (3 мас. %), с меньшим количеством кальция , натрия , магния , калия , титана и бария , а также водорода и кислорода , а также кристаллизационной и свободной воды. В данной марганцевой конкреции на каждые две части диоксида марганца приходится одна часть оксида железа. [23]

В конкрециях обнаружен широкий спектр микроэлементов и микроминералов, многие из которых включены в состав донных отложений, которые в свою очередь включают частицы, переносимые в виде пыли со всей планеты, прежде чем осесть на морское дно . [5]

Размер морских железомарганцевых конкреций может варьироваться от диаметра 1 до 15 см, окружающих ядро. [3] [4] Само ядро ​​может состоять из множества мелких объектов в окружающей среде, включая фрагменты ранее разрушенных конкреций, обломки горных пород или затонувшее биогенное вещество. [3] Общий состав конкреций варьируется в зависимости от механизма образования, в целом разбитого на две основные категории: гидрогенные и диагенетические . [4] Гидрогенетические конкреции имеют более высокое обогащение железом и кобальтом с соотношением марганца к железу менее 2,5, в то время как диагенетические конкреции больше обогащены марганцем, никелем и медью с соотношением марганца к железу, как правило, от 2,5 до 5, но до 30+ в субоксических условиях. [3] Материнским минералом для гидрогенных конкреций является вернадит, а для диагенетических конкреций — бузерит . [3] Большинство наблюдаемых конкреций представляют собой смесь гидрогенных и диагенетических областей роста, сохраняющих изменения в механизмах формирования с течением времени. [4] Как правило, диагенетические слои находятся на дне, где конкреция либо зарыта в осадок морского дна, либо касается его, а гидрогенные слои находятся ближе кверху, где она подвергается воздействию вышележащей толщи воды. [3] Слои конкреций прерывисты и различаются по толщине в микро- и нанометровом масштабе, причем слои с более высоким содержанием марганца обычно более яркие, а слои с более высоким содержанием железа — темные и тусклые. [3]

Земные конкреции

Наземные железомарганцевые конкреции образуются в различных типах почв, включая, но не ограничиваясь ими, ультисоли , вертисоли , инсептисоли , альфисоли и моллисоли . [2] Подобно морским конкрециям, конкреционные слои определяются на основе содержания железа и марганца, а также их комбинации. [2] Конкреции с высоким содержанием железа имеют красный или коричневый цвет, в то время как конкреции с высоким содержанием марганца имеют черный или серый цвет. [2] Доминирующий оксид металла связан с элементами, обогащенными в конкреции. В конкрециях с преобладанием марганца обогащенные элементы включают барий , стронций , никель , кобальт , медь , кадмий , свинец и цинк . [2] Напротив, конкреции с преобладанием железа обогащены ванадием , фосфором , мышьяком и хромом . [2]

Формирование

Морское происхождение

Морские железомарганцевые конкреции образуются из осадков , в первую очередь, железа, марганца, никеля, меди, кобальта и цинка вокруг ядра . Механизм определяется на основе источника осадков. [3] Осадки, полученные из вышележащей водной толщи, называются гидрогенетическими, в то время как осадки из поровой воды осадка являются диагенетическими . [3] [4] Рост конкреций происходит более легко в кислородсодержащих средах с относительно низкими скоростями седиментации , которые обеспечивают достаточные уровни лабильного органического вещества для подпитки осадков. [3] Когда скорости седиментации слишком высоки, конкреции могут быть полностью покрыты осадками, что снижает локальные уровни кислорода и предотвращает осаждение. [3] Скорости роста конкреций являются актуальной темой для исследований, осложненных нерегулярным и прерывистым характером их образования, но средние скорости были рассчитаны с использованием радиометрического датирования . [2] [3] В целом гидрогенетические конкреции растут медленнее, чем диагенетические, примерно 2–5 мм за миллион лет против 10 мм за миллион лет. [3] Образование полинодулей из множества срастающихся вместе узелков возможно и, как предполагается, этому способствуют отложившиеся корковые организмы. [3]

Земного происхождения

Формирование наземных железомарганцевых конкреций включает накопление оксидов железа и марганца, за которым следуют повторяющиеся окислительно-восстановительные циклы восстановительного растворения и окислительного осаждения. [2] Осциллирующий окислительно-восстановительный цикл контролируется pH, микробной активностью, концентрацией органического вещества, уровнем грунтовых вод, насыщенностью почвы и окислительно-восстановительным потенциалом . [2] Антропогенная деятельность может влиять на эти циклы посредством увеличения нагрузки питательными веществами через удобрения. Оценка изменяющихся палеоклиматических условий во время эволюции почвы может быть исследована путем анализа структуры конкреции конкреции в сочетании с методами датирования. [2] Марганцевые слои обычно образуются при более высоких окислительно-восстановительных потенциалах по сравнению со слоями железа, но период быстрого увеличения окислительно-восстановительного потенциала может образовывать смешанный слой. [2] По мере формирования конкреций в них включаются микроэлементы , включая, но не ограничиваясь, никель, кобальт, медь и цинк. [2] Состав микроэлементов является продуктом трех процессов: поглощение исходного материала окружающей почвой, накопление продуктов микробных железо- или марганцевовосстанавливающих бактерий и комплексообразование на поверхности конкреций. [2]

Предполагаемая добыча – история горнодобывающей деятельности

Интерес к потенциальной эксплуатации полиметаллических конкреций вызвал большую активность среди перспективных горнодобывающих консорциумов в 1960-х и 1970-х годах. Почти полмиллиарда долларов было инвестировано в выявление потенциальных месторождений и в исследования и разработку технологий добычи и переработки конкреций. Эти исследования были проведены четырьмя многонациональными консорциумами, состоящими из компаний из США, Канады, Великобритании, Западной Германии, Бельгии, Нидерландов, Италии, Японии и двух групп частных компаний и агентств из Франции и Японии. Также было три спонсируемых государством субъекта из Советского Союза, Индии и Китая. [ необходима цитата ]

В конце 1970-х годов два международных совместных предприятия собрали несколько сотен тонн марганцевых конкреций с абиссальных равнин (18 000 футов (5,5 км) + глубина) восточной экваториальной части Тихого океана . [15] Значительные количества никеля (основная цель), а также меди и кобальта были впоследствии извлечены из этой « руды » с использованием как пирометаллургических , так и гидрометаллургических методов. В ходе этих проектов был разработан ряд вспомогательных разработок, включая использование придонной буксируемой гидролокационной решетки бокового обзора для анализа плотности популяции конкреций на абиссальном иле с одновременным выполнением субдонного профиля с помощью полученного вертикально ориентированного низкочастотного акустического луча. [ необходима цитата ] С тех пор глубоководные технологии значительно улучшились: включая широкое и недорогое использование навигационных технологий, таких как Глобальная система позиционирования (GPS) и сверхкороткая базовая линия (USBL); Технология обследования, такая как многолучевой эхолот (MBES) и автономные подводные аппараты (AUV); и технология вмешательства, включая дистанционно управляемый подводный аппарат (ROV) и высокомощные шлангокабели . Также существует усовершенствованная технология, которая может быть использована в горнодобывающей промышленности, включая насосы , гусеничные и винтовые вездеходы, жесткие и гибкие буровые стояки и канат из сверхвысокомолекулярных полиэтиленов . Добыча полезных ископаемых считается похожей на сбор картофеля на суше, который включает добычу на поле, разделенном на длинные узкие полосы. Судно поддержки добычи следует по маршруту добычи инструментов для добычи на морском дне, собирая конкреции размером с картофель с морского дна. [24] [25] [26]

В последнее время [ когда? ] поставки никеля и других металлов были вынуждены переориентироваться на месторождения с более высокой стоимостью, чтобы удовлетворить возросший спрос, и коммерческий интерес к конкрециям возродился. Международное управление по морскому дну предоставило новые контракты на разведку и продвигает разработку Кодекса добычи для Района, при этом наибольший интерес представляет Зона Кларион Клиппертон . [27]

С 2011 года ряд коммерческих компаний получили контракты на разведку. К ним относятся дочерние компании крупных компаний, таких как Lockheed Martin , DEME (Global Sea Mineral Resources, GSR), Keppel Corporation , The Metals Company и China Minmetals , а также более мелкие компании, такие как Nauru Ocean Resources, Tonga Offshore Mining и Marawa Research and Exploration. [15] [28]

В июле 2021 года Науру объявила о плане разработки конкреций в этом районе, который требует от Международного органа по морскому дну, регулирующего добычу полезных ископаемых в международных водах , завершить разработку правил добычи полезных ископаемых к июлю 2023 года. Экологи раскритиковали этот шаг на том основании, что слишком мало известно об экосистемах морского дна, чтобы понять потенциальное воздействие глубоководной добычи полезных ископаемых, и некоторые крупные технологические компании, включая Samsung и BMW , взяли на себя обязательство избегать использования металлов, полученных из конкреций. [29]

Предлагаемые районы добычи марганцевых конкреций

Исследование марганцевых конкреций в зоне Кларион-Клиппертон

Зона Кларион-Клиппертон является крупнейшей и самой популярной зоной добычи марганцевых конкреций. Зона Кларион-Клиппертон, простирающаяся примерно от 120 до 160 западной долготы, может быть расположена в Тихом океане , между Гавайями и Мексикой. [30] По данным ISA , она охватывает площадь около четырех миллионов квадратных километров, что почти равно размеру Европейского Союза . [31] Огромный потенциал зоны Кларион-Клиппертон основан на предполагаемом количестве в 21 миллиард тонн конкреций. [31] Только в этой области хранится около 44 миллионов тонн кобальта, что примерно в три раза больше, чем могут предоставить запасы земли. [32] Месторождения марганцевых конкреций неравномерно распределены на морском дне в пределах зоны Кларион-Клиппертон , а встречаются пятнами. Экономически интересные пятна с высоким распределением марганцевых конкреций могут охватывать площадь в несколько тысяч квадратных километров. Это довольно нерегулярное распределение конкреций в южной части Тихого океана можно обнаружить как возможный результат большего топографического и седиментологического разнообразия южной части Тихого океана. [31]

Экономический интерес добычи марганцевых конкреций

Высокая естественная распространенность никеля , меди , кобальта , цинка , железа и марганца в железомарганцевых конкрециях способствовала исследованиям по их использованию в качестве ресурса редких металлов. Зона Кларион-Клиппертон в северо-восточной части Тихого океана была отмечена как область, содержащая самую высокую концентрацию конкреций ресурсного качества. [4] Для того, чтобы считаться ресурсным, требуется, чтобы объемный вес никеля, меди и кобальта превышал 3%. [3] Образование конкреций в кислородных водах на глубине компенсации карбоната или ниже обеспечивает наиболее желательное соотношение редких металлов в гидрогенных конкрециях. [3] [4] Поскольку содержание руд из наземных шахт со временем снизилось, железомарганцевые конкреции могут предложить способ удовлетворения растущего мирового спроса на редкие металлы. [4] Однако низкая предполагаемая скорость роста гидрогенных конкреций около 2–5 мм за миллион лет классифицирует их как невозобновляемый ресурс . [3]

Такие технологии, как аккумуляторы для электромобилей , ветряные турбины и солнечные панели, требуют редких видов ресурсов, которые можно найти на морском дне. [33] Марганцевые конкреции обеспечивают различные источники этих металлов, особенно кобальта . Продолжающаяся цифровизация , транспорт и энергетический переход вызывают растущий спрос на металлы, такие как медь, никель, кобальт и многие другие металлы, используемые в технологиях. Поэтому марганцевые конкреции необходимы для аккумуляторов, ноутбуков и смартфонов, в электровелосипедах и электромобилях, солнечных и ветряных турбинах, а также для хранения зеленой электроэнергии . Этот огромный спрос на кобальт выставляет океан в новом свете — многие страны уже заявили о своих правах. Однако в то же время их добыча может нанести еще больший ущерб глубоководной экосистеме. [33] Некоторые ученые подвергают сомнению основной экономический интерес к марганцевым конкрециям. По их мнению, такие биологические ресурсы могут представлять неиспользованную ценность для биотехнологий и лекарств и поэтому должны быть защищены любой ценой. [34]

Экология

Железомарганцевые конкреции обладают высокой окислительно-восстановительной активностью, что позволяет им взаимодействовать с биогеохимическими циклами, в первую очередь, в качестве акцептора электронов. В частности, наземные конкреции поглощают и улавливают азот, фосфор и органический углерод. [2] Более высокая скорость поглощения органического углерода позволяет конкрециям повышать способность почвы связывать углерод , создавая чистый сток. [2] Концентрация фосфора в конкрециях варьируется от 2,5 до 7 раз по сравнению с окружающей почвенной матрицей. [2] Микробы в почве могут использовать обогащение питательными веществами на поверхности конкреций в сочетании с их окислительно-восстановительным потенциалом для подпитки своих метаболических путей и высвобождения некогда неподвижного фосфора. [2] Наряду с питательными веществами железомарганцевые конкреции могут связывать токсичные тяжелые металлы (свинец, медь, цинк, кобальт, никель и кадмий) из почвы, улучшая ее качество. [2] Однако, подобно выделению фосфора микробами, восстановительное растворение клубеньков приведет к высвобождению этих тяжелых металлов обратно в почву.

Теория абиогенеза

Недавнее исследование выдвигает гипотезу, что конкреции являются источником « темного кислорода », кислорода, вырабатываемого без света, который обеспечивает морское дно в глубоком океане кислородом. [35] Однако это исследование контрастирует со многими другими исследованиями, проводившимися на протяжении десятилетий в глубоком море, которые не обнаружили выработки кислорода, а фактически показали только потребление кислорода. [36] [37] [38] [39] [ 40] [41] [42] [43] [44] [45] Если конкреции могут вырабатывать как электрическую энергию , так и кислород , они могут поставить под сомнение традиционную теорию абиогенеза [46] [47], поскольку ранее было известно, что только живые существа, такие как растения и водоросли, способны вырабатывать кислород посредством фотосинтеза , для которого требуется солнечный свет.

Воздействие добычи марганцевых конкреций на окружающую среду

Очень мало известно о глубоководных экосистемах или потенциальных последствиях глубоководной добычи. Полиметаллические конкреционные месторождения являются очагами изобилия и разнообразия для крайне уязвимой абиссальной фауны, большая часть которой живет, прикрепленная к конкрециям или в осадке непосредственно под ними. [48] [29] Добыча конкреций может повлиять на десятки тысяч квадратных километров этих глубоководных экосистем, и экосистемам потребуются миллионы лет, чтобы восстановиться. [29] Это вызывает изменение среды обитания, прямую гибель бентосных существ или удушение фильтраторов осадком. [49] Из-за сложности и удаленности глубоководных районов ученые-экологи работают в условиях недостатка знаний со множеством пробелов и высокой неопределенностью. Тем не менее, существует несколько источников кумулятивных последствий, вызванных в ходе горнодобывающей деятельности, которые необходимо учитывать. Эти последствия могут быть напрямую вызваны самой горнодобывающей деятельностью, но также могут возникать как косвенные последствия, такие как седиментационные шлейфы и распределение. [50] Одна и та же горнодобывающая деятельность может иметь множественные последствия, но при этом влиять на глубоководную среду по-разному.

К ним могут относиться:

Разрушение морского дна и среды обитания

Транспортные средства для сбора размером с самосвал, которые прочесывают морское дно в поисках осадка, содержащего конкреции, обязательно разрушают верхнюю часть морского дна — на глубине часто более трех километров под поверхностью. [51] Ученые обнаружили, что транспортные средства для сбора могут оказывать долгосрочное физическое и биологическое воздействие на морское дно и вызывать изменение различных глубоководных экосистем, над пониманием которых ученые все еще работают. [52] Этот метод добычи приводит к неизбежной гибели животных, в то время как следы от плуга остаются видимыми десятилетия спустя. [33] Недавние оценки роста показывают, что «микробно-опосредованным биогеохимическим функциям » [52] требуется более 50 лет, чтобы вернуться в свое ненарушенное первоначальное состояние. Исследование воздействия DISCOL [53] было направлено на выявление потенциальных долгосрочных последствий нарушений, связанных с глубоководной добычей полезных ископаемых, на целостность морского дна путем повторного изучения 26-летних следов плуга. Хотя конкреции появлялись за пределами следов, покрытых осадками, сами следы плуга были явно лишены конкреций. [52]

Контракты на разведку марганцевых конкреций обычно заключаются на площади до 75 000 квадратных километров (29 000 квадратных миль), но общая площадь, затронутая добычей, намного больше. Можно предположить, что размер физически нарушенного морского дна только в одном контрактном районе добычи составляет от 200 до 600 квадратных километров (от 77 до 232 квадратных миль) в год, что равно размеру большого города. [34]

Шлейфы, наполненные осадками

Роботы, работающие на морском дне, выбрасывают шлейфы осадка, которые могут покрыть фауну в районе вокруг места добычи и, следовательно, оказать большое влияние на экосистему морского дна. [33] Образующиеся шлейфы содержат смесь растворенного материала и взвешенных частиц различных размеров. Растворенный материал неразрывно переносится водой, которая его содержит, тогда как взвешенные частицы имеют тенденцию тонуть. [54] Сохраняемая площадь может быть оценена намного больше, чем фактическая добытая площадь, поскольку более мелкие частицы и растворенный материал будут переноситься на большие расстояния от фактической добытой площади. Поэтому скопления шлейфового материала на морском дне будут толще и содержать более крупные частицы вблизи источника шлейфа. [54]

В дополнение к шлейфам, создаваемым горнодобывающими работами на морском дне, следует также учитывать сбросные шлейфы, которые будут созданы возвратом избыточной воды. Избыточная вода возникает во время процесса обезвоживания на борту надводного судна, а также при транспортировке рудных пульп с судна-носителя на транспортные баржи. [34] Поэтому прогнозы чистого воздействия шлейфов должны учитывать ряд сценариев. [54] Ученые предупреждают, что остается много неизвестных, что может иметь токсическое воздействие . [33]

Шумовое загрязнение

Звук, создаваемый человеком, может нанести прямой ущерб морским животным , поскольку многие из них используют звук в качестве основного способа общения. Чрезвычайный фоновый шум, создаваемый горнодобывающими машинами, может мешать общению между животными и ограничивать их способность обнаруживать добычу. Кроме того, шум и вибрация могут влиять на слуховые чувства и системы морских животных. [34] Шум может возникать во время различных процессов глубоководной добычи:

Надводное судно производит несколько звуков высокой интенсивности, например, от винтов, двигателей, генераторов и гидравлических насосов. Также важно учитывать тот факт, что судно будет работать практически непрерывно в течение многих лет в течение контракта на добычу полезных ископаемых, который обычно длится 20–30 лет.

Световое загрязнение

Добыча полезных ископаемых может нарушить питание и воспроизводство глубоководных видов из-за создания интенсивного шума и светового загрязнения в естественно темной и тихой среде. [55] Световое загрязнение является еще одним важным фактором, который оказывает экологическое воздействие на морскую жизнь. Свет, который используется для того, чтобы сделать возможными работы по добыче полезных ископаемых под водой, может привлекать или отталкивать некоторые виды животных, яркий свет также может ослепить некоторых морских животных. Яркий свет, используемый на судне и кораблях, может влиять на птиц, а также на животных, находящихся вблизи поверхности. [34]

Пониженное содержание кислорода

Если будет доказано, что эти узелки вырабатывают значительное количество кислорода, удаление этого источника кислорода может оказать влияние на сообщества.

Смягчение воздействия на окружающую среду

Все еще существует пробел в исследованиях того, как уменьшить эти воздействия на окружающую среду. Это отчасти связано с тем, что всю экосистему океана еще предстоит исследовать и исследовать гораздо больше. Некоторые ученые предполагают, что одной из возможностей было бы уменьшение веса горнодобывающих транспортных средств. Это могло бы уменьшить уплотнение и уменьшить количество нарушенного осадка в задней части транспортного средства. [56] Поскольку многие глубоководные моря чрезвычайно зависят от твердого субстрата марганцевых конкреций в своей пищевой цепи, другим вариантом было бы оставить по крайней мере несколько следов конкреций и не собирать их. Из-за чрезвычайно высокой скорости роста добытые марганцевые конкреции не вернутся в течение миллионов лет. Чтобы бороться с этим, распространение изготовленных заменяющих конкреций могло бы быть вариантом. Но эти возможности также необходимо дополнительно изучить. Наиболее благоприятным смягчающим эффектом было бы сокращение шлейфов осадков и их распространения, поскольку они не только влияют на непосредственное окружение, но и на экосистему на значительном расстоянии от мест добычи конкреций [56] . Экспериментальные исследования 1990-х годов частично пришли к выводу, что пробная добыча в разумных масштабах, вероятно, поможет наилучшим образом ограничить реальные воздействия любой коммерческой добычи. [57]

Потенциал восстановления экосистем морского дна

Медленный потенциал восстановления экосистем можно рассматривать как одну из основных проблем добычи конкреций. Участки морского дна, содержащие конкреции, будут сильно нарушены, а восстановление эпифауны в районах добычи происходит исключительно медленно. Значительная часть животных зависит от конкреций, которые создают для них твердый субстрат. Эти субстраты не вернутся в течение миллионов лет, пока не сформируются новые конкреции. [34] Конкреции растут от нескольких до нескольких десятков миллиметров за миллион лет. Их чрезвычайно медленная скорость роста не является непрерывной или регулярной и различается в зависимости от окружающей среды и поверхности. Они также могут вообще не расти или быть полностью погребенными в течение периодов времени. [30] В целом марганцевые конкреции растут со средней скоростью 10-20 мм за миллион лет и обычно имеют возраст в несколько миллионов лет — если они не добываются. [31] Поскольку многие глубоководные виды редки, долгоживущи и медленно размножаются, а также поскольку полиметаллические конкреции (которые могут развиться до пригодных для добычи размеров за миллионы лет) являются важной средой обитания для глубоководных видов, ученые не могут исключить, что некоторые виды столкнутся с вымиранием из-за удаления среды обитания из-за добычи полезных ископаемых. Пострадавшим экосистемам потребуются чрезвычайно длительные периоды времени для восстановления, если это вообще произойдет. [55] Добыча конкреций может затронуть десятки тысяч квадратных километров глубоководных экосистем , а экосистемам потребуются миллионы лет для восстановления.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Меро, Джон (1965). Минеральные ресурсы моря . Океанографическая серия издательства Elsevier.[ нужна страница ]
  2. ^ abcdefghijklmnopqrstu v Huang, Laiming (сентябрь 2022 г.). «Педогенные железомарганцевые конкреции и их влияние на циклы питательных веществ и секвестрацию тяжелых металлов». Earth-Science Reviews . 232 : 104147. Bibcode : 2022ESRv..23204147H. doi : 10.1016/j.earscirev.2022.104147. S2CID  251353813.
  3. ^ abcdefghijklmnopqrstu Verlaan, Philomène A.; Cronan, David S. (апрель 2022 г.). «Происхождение и изменчивость морских железомарганцевых конкреций и корок ресурсного класса в Тихом океане: обзор биогеохимических и физических факторов контроля». Геохимия . 82 (1): 125741. Bibcode : 2022ChEG...82l5741V. doi : 10.1016/j.chemer.2021.125741. S2CID  234066886.
  4. ^ abcdefgh Hein, James R.; Mizell, Kira; Koschinsky, Andrea; Conrad, Tracey A. (июнь 2013 г.). «Глубоководные месторождения полезных ископаемых как источник критически важных металлов для высокотехнологичных и зеленых технологий: сравнение с наземными ресурсами». Ore Geology Reviews . 51 : 1–14. Bibcode : 2013OGRv...51....1H. doi : 10.1016/j.oregeorev.2012.12.001.
  5. ^ abcd Международный орган по морскому дну (2010). Геологическая модель залежей полиметаллических конкреций в зоне разлома Кларион-Клиппертон и руководство по разведке залежей полиметаллических конкреций в зоне разлома Кларион-Клиппертон . Международный орган по морскому дну. ISBN 978-976-95268-2-2.[ нужна страница ]
  6. ↑ Майкл Лодж (май 2017 г.). «Международный орган по морскому дну и глубоководная разработка морского дна». Организация Объединенных Наций . Архивировано из оригинала 27 ноября 2020 г. Получено 23 мая 2024 г.
  7. ^ Hlawatsch, S.; Neumann, T.; van den Berg, CMG; Kersten, M.; Hari, J.; Suess, E. (2002). «Быстрорастущие мелководные железомарганцевые конкреции из западной части Балтийского моря: происхождение и способы включения микроэлементов». Marine Geology . 182 (3–4): 373–387. Bibcode :2002MGeol.182..373H. doi :10.1016/s0025-3227(01)00244-4.
  8. ^ Callender, E.; Bowser, C. (1976). «Пресноводные железомарганцевые месторождения». Au, U, Fe, Mn, Hg, Sb, W и P месторождения . Т. 7. Elsevier Scientific Publishing Community. С. 341–394. ISBN 9780444599438.
  9. ^ Fike, DA; Grotzinger, JP; Pratt, LM; Summons, RE (2006). «Окисление Эдиакарского океана». Nature . 444 (7120): 744–747. Bibcode :2006Natur.444..744F. doi :10.1038/nature05345. PMID  17151665. S2CID  4337003.
  10. ^ Мюррей, Дж.; Ренард, А. Ф. (1891). Отчет о глубоководных отложениях; Научные результаты экспедиции «Челленджера» .
  11. ^ Хайн, Джеймс; Спинарди, Франческа; Окамото, Нобуюки; Мизелл, Кира; Торберн, Даррил; Таваке, Акуила (2015). «Критические металлы в марганцевых конкрециях из ИЭЗ островов Кука, распространенность и распределение». Обзоры геологии руд . 68 : 97–116. Bibcode : 2015OGRv...68...97H. doi : 10.1016/j.oregeorev.2014.12.011.
  12. ^ Фон Штакельберг, У (1997). «История роста марганцевых конкреций и корок Перуанского бассейна». Геологическое общество, Лондон, Специальные публикации . 119 (1): 153–176. Bibcode : 1997GSLSP.119..153V. doi : 10.1144/GSL.SP.1997.119.01.11. S2CID  219189224.
  13. ^ Мукхопадхай, Р.; Гош, А.К.; Айер, С.Д. (2007). Геология и ресурсный потенциал месторождений конкреций в Индийском океане: Справочник по разведке и экологической геохимии 10. Elsevier Science.
  14. ^ Гарсия, Марсело; Корреа, Хорхе; Максаев, Виктор; Таунли, Брайан (2020). «Потенциальные минеральные ресурсы чилийского шельфа: обзор». Andean Geology . 47 (1): 1–13. doi : 10.5027/andgeoV47n1-3260 .
  15. ^ abc Липтон, Ян; Ниммо, Мэтью; Парианос, Джон (2016). Технический отчет NI 43-101 по проекту зоны TOML Clarion Clipperton, Тихий океан . AMC Consultants.
  16. ^ Кобаяси, Такаюки (октябрь 2000 г.). «Профили концентрации 10Be в крупных марганцевых корках». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях, раздел B. 172 ( 1–4): 579–582. Bibcode : 2000NIMPB.172..579K. doi : 10.1016/S0168-583X(00)00206-8.
  17. ^ Blöthe, Marco; Wegorzewski, Anna; Müller, Cornelia; Simon, Frank; Kuhn, Thomas; Schippers, Axel (2015). «Марганцево-циклирующие микробные сообщества внутри глубоководных марганцевых конкреций». Environ. Sci. Technol . 49 (13): 7692–7700. Bibcode : 2015EnST...49.7692B. doi : 10.1021/es504930v. PMID  26020127.
  18. ^ ab Новиков, CV; Мурдмаа, IO (2007). "Ионообменные свойства океанических железомарганцевых конкреций и вмещающих пелагических осадков". Литология и минеральные ресурсы . 42 (2): 137–167. Bibcode :2007LitMR..42..137N. doi :10.1134/S0024490207020034. S2CID  95097062.
  19. ^ Appelo, CAJ; Postma, D. (1999). «Последовательная модель для поверхностного комплексообразования на бернессите (δ−MnO2) и ее применение в эксперименте с колонкой». Geochimica et Cosmochimica Acta . 63 (19–20): 3039–3048. Bibcode : 1999GeCoA..63.3039A. doi : 10.1016/S0016-7037(99)00231-8.
  20. ^ Dzombak, David A.; Morel, François MM (1990). Моделирование поверхностного комплексообразования: водный оксид железа. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-63731-8.
  21. ^ Ньютон, Арик Г.; Квон, Кидок Д. (2018). «Молекулярное моделирование гидратированных филломанганатов». Geochimica et Cosmochimica Acta . 235 : 208–223. Бибкод : 2018GeCoA.235..208N. дои : 10.1016/j.gca.2018.05.021 . S2CID  104263989.
  22. ^ Wegorzewski, AV; Kuhn, T. (2014). «Влияние субоксического диагенеза на образование марганцевых конкреций в поясе конкреций Кларион Клиппертон в Тихом океане». Морская геология . 357 : 123–138. Bibcode : 2014MGeol.357..123W. doi : 10.1016/j.margeo.2014.07.004.
  23. ^ Брокер, Уоллес С. (1974). Химическая океанография . Харкорт Брейс Йованович. стр. 89. ISBN 978-0-15-506437-9.
  24. ^ Volkmann, Sebastian Ernst; Lehnen, Felix (3 апреля 2018 г.). «Производственные ключевые показатели для планирования добычи марганцевых конкреций». Marine Georesources & Geotechnology . 36 (3): 360–375. Bibcode : 2018MGG....36..360V. doi : 10.1080/1064119X.2017.1319448 .
  25. ^ Volkmann, Sebastian Ernst; Kuhn, Thomas; Lehnen, Felix (октябрь 2018 г.). «Комплексный подход к технико-экономической оценке добычи конкреций в глубоком море». Mineral Economics . 31 (3): 319–336. doi : 10.1007/s13563-018-0143-1 . S2CID  134526684.
  26. ^ Фолькманн, Себастьян Эрнст (2018). Голубая добыча - планирование добычи марганцевых конкреций морского дна (Диссертация). Том. RWTH Ахенский университет. RWTH Ахенский университет. doi : 10.18154/rwth-2018-230772.
  27. ^ "Минеральные ресурсы глубоководных районов морского дна". 29 июля 2022 г.
  28. ^ «Канада не хочет добывать ресурсы в мировых океанах. Канадская компания в любом случае ныряет». The Narwhal . 12 июля 2023 г. Получено 14 июля 2023 г.
  29. ^ abc «Глубоководная золотая лихорадка» редких металлов может нанести непоправимый вред». The Guardian . 29 апреля 2022 г.
  30. ^ аб Кронан, DS (2001). «Марганцевые конкреции». Энциклопедия наук об океане . стр. 1526–1533. дои : 10.1006/rwos.2001.0039. ISBN 978-0-12-227430-5.
  31. ^ abcd Шарма, Рахул (2017). «Глубоководная добыча: текущее состояние и будущие соображения». Глубоководная добыча . стр. 3–21. doi :10.1007/978-3-319-52557-0_1. ISBN 978-3-319-52556-3.
  32. ^ Пауликос, Дайна; Катона, Стивен; Ильвес, Эрика; Али, Салим Х. (декабрь 2020 г.). «Влияние изменения климата на жизненный цикл производства аккумуляторных металлов из наземных руд по сравнению с глубоководными полиметаллическими конкрециями». Журнал чистого производства . 275 : 123822. Bibcode : 2020JCPro.27523822P. doi : 10.1016/j.jclepro.2020.123822 .
  33. ^ abcde "Глубоководная добыча полезных ископаемых: экологическое проклятие или спасение? | Исследования и инновации". ec.europa.eu . 2021-08-12 . Получено 2023-12-12 .
  34. ^ abcdef Washburn, Travis W.; Turner, Phillip J.; Durden, Jennifer M.; Jones, Daniel OB; Weaver, Philip; Van Dover, Cindy L. (июнь 2019 г.). «Оценка экологических рисков для глубоководной добычи полезных ископаемых». Ocean & Coastal Management . 176 : 24–39. Bibcode : 2019OCM...176...24W. doi : 10.1016/j.ocecoaman.2019.04.014 .
  35. ^ Sweetman, Andrew K.; Smith, Alycia J.; de Jonge, Danielle SW; Hahn, Tobias; Schroedl, Peter; Silverstein, Michael; Andrade, Claire; Edwards, R. Lawrence; Lough, Alastair JM; Woulds, Clare; Homoky, William B.; Koschinsky, Andrea; Fuchs, Sebastian; Kuhn, Thomas; Geiger, Franz; Marlow, Jeffrey J. (август 2024 г.). «Свидетельства производства темного кислорода на абиссальном морском дне». Nature Geoscience . 17 (8): 737–739. Bibcode :2024NatGe..17..737S. doi : 10.1038/s41561-024-01480-8 .
  36. ^ Роу, Гилберт Т.; Клиффорд, К. Хови; Смит, К. Л.; Гамильтон, П. Лоуренс (1975). «Регенерация бентосных питательных веществ и ее связь с первичной продуктивностью в прибрежных водах». Nature . 255 (5505): 215–217. Bibcode :1975Natur.255..215R. doi :10.1038/255215a0. ISSN  1476-4687.
  37. ^ Смит, К. Л.; Болдуин, Р. Дж. (1984). «Сезонные колебания потребления кислорода сообществами глубоководных осадков: центральная и восточная части Северной Пацифики». Nature . 307 (5952): 624–626. Bibcode :1984Natur.307..624S. doi :10.1038/307624a0. ISSN  1476-4687.
  38. ^ Sayles, FL; Martin, WR; Deuser, WG (1994). «Реакция потребности бентоса в кислороде на поставку органического углерода в виде частиц в глубоком море около Бермудских островов». Nature . 371 (6499): 686–689. Bibcode :1994Natur.371..686S. doi :10.1038/371686a0. ISSN  1476-4687.
  39. ^ Витте, У.; Венцхёфер, Ф.; Соммер, С.; Боэций, А.; Хайнц, П.; Аберл, Н.; Сэнд, М.; Кремер, А.; Авраам, В.-Р.; Йоргенсен, BB; Пфанкуче, О. (2003). «Экспериментальные данные in situ о судьбе импульса фитодетрита на абиссальном морском дне». Природа . 424 (6950): 763–766. Бибкод : 2003Natur.424..763W. дои : 10.1038/nature01799. ISSN  1476-4687. ПМИД  12917681.
  40. ^ Stratmann, Tanja; Soetaert, Karline; Wei, Chih-Lin; Lin, Yu-Shih; van Oevelen, Dick (2019-10-29). "База данных SCOC, большая, открытая и глобальная база данных со скоростями потребления кислорода сообществами осадка". Scientific Data . 6 (1): 242. Bibcode :2019NatSD...6..242S. doi :10.1038/s41597-019-0259-3. ISSN  2052-4463. PMC 6820755 . PMID  31664032. 
  41. ^ Смит, К. Л.; Лавер, М. Б.; Браун, НО (1983). «Потребление кислорода в осадочном сообществе и обмен питательными веществами в центральной и восточной части северной части Тихого океана1». Лимнология и океанография . 28 (5): 882–898. Bibcode : 1983LimOc..28..882S. doi : 10.4319/lo.1983.28.5.0882. ISSN  0024-3590.
  42. ^ Хрипунов, Алексис; Капра, Жан-Клод; Крассус, Филипп; Этубло, Жоэль (2006). «Геохимическое и биологическое восстановление нарушенного морского дна в полях полиметаллических конкреций зоны разлома Клиппертон-Кларион (CCFZ) на глубине 5000 м». Лимнология и океанография . 51 (5): 2033–2041. Bibcode : 2006LimOc..51.2033K. doi : 10.4319/lo.2006.51.5.2033.
  43. ^ Vonnahme, TR; Molari, M.; Janssen, F.; Wenzhöfer, F.; Haeckel, M.; Titschack, J.; Boetius, A. (2020). «Влияние эксперимента по глубоководной добыче полезных ископаемых на микробные сообщества и функции морского дна через 26 лет». Science Advances . 6 (18): eaaz5922. Bibcode : 2020SciA....6.5922V. doi : 10.1126/sciadv.aaz5922. ISSN  2375-2548. PMC 7190355. PMID 32426478  . 
  44. ^ Stratmann, Tanja; Voorsmit, Ilja; Gebruk, Andrew; Brown, Alastair; Purser, Autun; Marcon, Yann; Sweetman, Andrew K.; Jones, Daniel OB; van Oevelen, Dick (2018). «Восстановление плотности популяции Holothuroidea, состава сообщества и активности дыхания после эксперимента по глубоководному возмущению». Limnology and Oceanography . 63 (5): 2140–2153. Bibcode : 2018LimOc..63.2140S. doi : 10.1002/lno.10929. ISSN  0024-3590.
  45. ^ An, Sung-Uk; Baek, Ju-Wook; Kim, Sung-Han; Baek, Hyun-Min; Lee, Jae Seong; Kim, Kyung-Tae; Kim, Kyeong Hong; Hyeong, Kiseong; Chi, Sang-Bum; Park, Chan Hong (2024). "Региональные различия в скоростях поглощения кислорода осадками в районах добычи полиметаллических конкреций и богатых ими полиметаллических корок в Тихом океане". Deep Sea Research Часть I: Oceanographic Research Papers . 207 : 104295. Bibcode : 2024DSRI..20704295A. doi : 10.1016/j.dsr.2024.104295. ISSN  0967-0637.
  46. ↑ Репортаж France 24 (на английском): «Темный кислород» в глубинах Тихого океана подталкивает к появлению новых теорий о происхождении жизни
  47. ^ Aljazeera Media Network, Новости науки (репортаж Дуэйна Оксфорда, 24 июля 2024 г.): Объяснение. Что такое темный кислород, обнаруженный на глубине 13 000 футов под водой?
  48. ↑ Пресс-релиз Гентского университета, 7 июня 2016 г. Архивировано 14 июня 2016 г. на Wayback Machine
  49. ^ Гловер, АГ; Смит, К.Р. (2003). «Глубоководная экосистема морского дна: текущее состояние и перспективы антропогенных изменений к 2025 году». Environmental Conservation . 30 (3): 21–241. Bibcode : 2003EnvCo..30..219G. doi : 10.1017/S0376892903000225. S2CID  53666031.
  50. ^ ab Clark, Malcolm R. (2019). «Разработка оценок воздействия на окружающую среду для глубоководной добычи полезных ископаемых». Экологические проблемы глубоководной добычи полезных ископаемых . стр. 447–469. doi :10.1007/978-3-030-12696-4_16. ISBN 978-3-030-12695-7.
  51. ^ Шарма, Рахул (2020). «Потенциальное воздействие глубоководной добычи полезных ископаемых на экосистемы». Оксфордская исследовательская энциклопедия наук об окружающей среде . doi : 10.1093/acrefore/9780199389414.013.585. ISBN 978-0-19-938941-4.
  52. ^ abc Vonnahme, TR; Molari, M.; Janssen, F.; Wenzhöfer, F.; Haeckel, M.; Titschack, J.; Boetius, A. (май 2020 г.). «Влияние эксперимента по глубоководной добыче полезных ископаемых на микробные сообщества и функции морского дна через 26 лет». Science Advances . 6 (18): eaaz5922. Bibcode : 2020SciA....6.5922V. doi : 10.1126/sciadv.aaz5922. PMC 7190355. PMID  32426478 . 
  53. ^ "Home – DISCOL". www.discol.de . Получено 2023-12-12 .
  54. ^ abc "MIDAS | Управление последствиями эксплуатации глубоководных ресурсов". www.eu-midas.net . Получено 12.12.2023 .
  55. ^ ab Эшфорд, Оливер; Бейнс, Джонатан; Барбанелл, Мелисса; Ван, Ке (2023-07-19). «Что мы знаем о глубоководной добыче полезных ископаемых — и чего мы не знаем».
  56. ^ ab Salomon, Markus; Markus, Till, ред. (2018). Справочник по защите морской среды . doi :10.1007/978-3-319-60156-4. ISBN 978-3-319-60154-0.[ нужна страница ]
  57. ^ Озтургут, Э.; Трублад, Д.Д.; Лоулесс, Дж. (1997). Обзор эксперимента по исследованию бентического воздействия в США . Труды Международного симпозиума по экологическим исследованиям для глубоководной добычи полезных ископаемых. Агентство по добыче металлов Японии.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки