Глубоководная добыча полезных ископаемых: что это такое?
Эксплуатация океана и его ресурсов на протяжении многих веков ограничивалась рыболовством и прибрежной деятельностью. Технологические ограничения не позволяли в более глубоких водах организовывать целесообразные и экономически выгодные предприятия. Интерес к глубокой морской добывающей промышленности впервые появился в 1960-е годы, но неизменно низкие цены на минеральные ресурсы всё время останавливали любые серьезные разработки. С 2000-х годов единственным ресурсом, добываемым со дна океана, были бриллианты, и то, всего в нескольких сотнях метров ниже поверхности. Эти и другие причины по-прежнему продолжали препятствовать разработкам в первые десятилетия 21-го века.
В 2023 году добыча полезных ископаемых официально выйдет на новый уровень; точнее, на новую глубину. Планируется оформить в правовом поле разработку на уровне «deep seabed» - то есть более 200 метров от поверхности. Хотя это направление начало формироваться еще в середине прошлого века, именно сейчас в силу некоторых обстоятельств оно переживает второе рождение.
Глубоководная добыча полезных ископаемых - это один из многих секторов, представляющих собой проблемы и возможность для бизнеса и инвесторов. Технология, хотя и обещает высокую отдачу, также сопряжена с высоким риском. Некоторые эксперты сомневаются, что она сможет конкурировать с современными редкоземельными минералами. Тем не менее, глубоководная добыча может принести значительную финансовую и социальную выгоду при удачной реализации проектов. Однако стоит помнить, что глубоководная добыча полезных ископаемых несет собой не только экономические риски, но и огромную экологическую ответственность. Разрушение морских экосистем, уничтожение видов и ущерб природному капиталу могут привести к неоценимым потерям для планеты.
Финансирование глубоководной добычи полезных ископаемых - это рисковая инвестиция, которая может повлиять на репутацию инвесторов и компаний. В условиях растущего спроса на экологически чистые инвестиционные продукты, финансирование глубоководной добычи может вызвать недовольство со стороны других предприятий и клиентов, что может негативно сказаться на бизнесе.
Однако риски и возможности, связанные с глубоководной добычей полезных ископаемых, могут послужить примером для нового подхода к оценке рисков в области чистых технологий.
Виды полезных ископаемых для глубоководной добычи
Глубоководная добыча позволяет извлекать разнообразные полезные ископаемые, включая нефть и природный газ, которые являются ключевыми источниками энергии для мировой экономики.
В прошлом поисковые операции были ограничены железомарганцевыми конкрециями (богатые ресурсами окаменелости, найденные на дне океана) и богатыми металлом отложений вокруг гидротермальных жерл. Теперь, благодаря применению новых методов добычи и методов обработки, даже низкие концентрации элементов, найденные в слоях грязи, являются экономически жизнеспособными.
Основной целью этих усилий является добыча редкоземельных металлов. Быстрый рост спроса на эти элементы, используемые в широком спектре электроники и других высокотехнологичных приложений, создавал всё более острый дефицит и заводил производителей в тупик в последние годы. Это превратило их в ресурсы стратегического значения и подняло на один уровень с добычей нефти и природного газа в предыдущие десятилетия.
Ещё одной ценной, хотя и опасной целью глубоководной добычи полезных ископаемых, являются залежи гидрата метана. Это так называемый «ледяной огонь» состоит из концентрированного метана в ловушке внутри кристалла замерзшей воды. Он встречается повсюду в глубоководном океане в осадочных структурах, в том числе в некоторых из крупнейших известных месторождений в западной части Тихого океана и вдоль побережья Северной Америки. Само собой, гидрат метана значительно превышает общий объем извлекаемого природного газа.
Карта глубоководной добывающей промышленности в 2040 г.
Выделяют три основных типа глубоководных месторождений:
- Polymetallic nodules - полиметаллические конкреции. Лежат на абиссальных равнинах морского дна, частично покрыты мелкозернистыми отложениями. Содержат множество различных металлов (железо, медь, марганец, никель, свинец, кобальт, цинк), а также интересные с точки зрения добычи объемы лития, молибдена, титана, ниобия и других элементов.
- Cobalt-rich ferromanganese crusts - кобальтовые корки. Образуются на склонах и вершинах подводных гор на глубине от 400 до 7000 м как результат осаждения минералов из морской воды. Содержат марганец, железо, медь, никель, кобальт и различные редкие металлы, в том числе редкоземельные элементы.
- Polymetallic sulphides - полиметаллические сульфиды. Богаты железом, медью, цинком, серебром и золотом. Встречаются на границах тектонических пластин, вдоль срединно-океанических хребтов, вулканических дуг, на глубине около 2000 м.
Сравнительная оценка ресурсов суши и глубоководья
Несмотря на то, что глубоководная добыча требует нетрадиционных подходов, известные запасы на морском дне могут содержать даже больше ценных минералов, чем мировые запасы на суше.
Сравнительная оценка ресурсов суши и глубоководья
Кобальтоносные корки занимают значительную часть из предполагаемого общего объема морских ресурсов - до 80%.
Технологии глубоководной добычи
Глубоководная добыча полезных ископаемых требует применения специализированных технологий, включая подводные буровые установки и роботизированные системы для извлечения ресурсов.
В эти дни, геологоразведка и подводное строительство осуществляется с помощью флотов автоматизированных и дистанционно управляемых роботов.
В случае полиметаллических конкреций, которые в настоящее время являются основным направлением глубоководной добычи, горнодобывающая техника собирает минеральные отложения с поверхности морского дна, подобно трактору, вспахивающему поле, вместе с верхними слоями донных отложений.
Японская национальная корпорация по нефти, газу и металлам (Japan Oil, Gas and Metals National Corporation, JOGMEC) вела опытную разработку месторождений полиметаллических сульфидов морского дна.
До сих пор неясно, как вообще можно будет добывать полезные ископаемые на коркообразных залежах в больших объемах. До сих пор инженеры и ученые лишь представили концептуальные планы и провели лабораторные эксперименты.
Преимущества глубоководной добычи
Глубоководная добыча полезных ископаемых позволяет разрабатывать месторождения, которые ранее считались недоступными из-за значительной глубины залегания.
Традиционные формы эксплуатации океана по-прежнему существуют. В то время как количество нефтяных буровых платформ, в целом снижалась, глубоководные (500-1500 метров) и ультра-глубоководные операции (1500 метров и более) продолжают увеличиваться, по мере того, как легко извлекаемые запасы становятся дефицитными.
Содержания в руде снижаются, и разрыв в капитальных затратах между традиционной добычей и глубоководными проектами сокращается. Политики по всему миру уделяют все больше внимания углеродной нейтральности, что требует крупных инвестиций в технологии «зеленой» энергетики и, в свою очередь, создает значительный спрос на батарейные металлы. В то же время страны и их объединения по всему миру начинают сильнее беспокоиться о своем суверенитете в секторе горной добычи на фоне геополитической напряженности. Таким образом, океаническое дно теперь рассматривается как еще один рубеж для потенциального обеспечения поставок критически важных минералов.
Экономические выгоды
Глубоководная добыча полезных ископаемых открывает новые горизонты для мировой экономики, способствуя диверсификации сырьевой базы и снижению зависимости от наземных месторождений.
Влияние на окружающую среду
В целом, большинство океанских добывающих и буровых работ являются объектом критики. Озабоченность по поводу воздействия на окружающую среду дноуглубительных и геолого-разведочных работ привели к более строгим законам и правилам техники безопасности во многих странах, а также развитию особо охраняемых зон океана. Тем не менее, воздействие глубоководной добычи полезных ископаемых по-прежнему является значительным во многих регионах. Бурение с целью добычи гидрата метана, которое приводит к дальнейшему ускорению темпов глобального потепления, всё больше поляризует мнение общества.
Глубоководная добыча полезных ископаемых может привести к нарушению экосистем и уничтожению мест обитания морских животных, что вызывает обеспокоенность по поводу сохранения биоразнообразия и здоровья океана.
Глубоководная добыча полезных ископаемых может нанести непоправимый вред морским обитателям, особенно китообразным. Эти животные крайне чувствительны к шуму, поэтому работа горнодобывающих установок в открытом океане может быть опасна для них. Однако объективно оценить угрозу на сегодняшний день пока не представляется возможным.
Основные риски
Наибольшие риски для экосистемы связывают с выхлопами добывающих машин на дне и кораблей на поверхности. Если концентрация выхлопных частиц в воде превысит допустимые значения, это может привести к необратимым последствиям. Сейчас эти пороговые значения не установлены, но есть основания считать, что они невысоки, поскольку в естественных условиях концентрация подобных веществ очень низка даже у морского дна.
Выхлопные частицы способны разрушить дыхательную и обонятельную системы морских организмов. Многие из них питаются мельчайшими органическими частицами через фильтрацию морской взвеси - простейшие, ракообразные, полихеты (многощетинковые черви), сальпиды и аппендикулярии (животные, часто прозрачные, с телом мешкообразной формы). Это важная часть пищевых цепочек в океане. Неорганические частицы выхлопов могут легко засорить слизистые оболочки. Кроме того, эти частицы способны прилипать к планктону и другим микроорганизмам, ухудшать их плавучесть и тем самым обрекать на смерть.
Выхлопы - это еще не всё, чем придется питаться местной фауне. Частицы металлов, которые будут выделяться при добыче из поровых вод и измельченной руды, могут оставаться в толще океана гораздо дольше, чем выхлопные частицы - от 100 до 1000 лет. В мезопелагической зоне (от 200 до 1000 м глубины, где наступает полная темнота) в морепродукты, которыми питается человек, может попасть ртуть. Последствия такого отравления бывают очень плачевны.
Выхлопы машин будут поглощать свет, изменять его естественное рассеивание в толще океана. Это повлияет на привычный визуальный контакт в среде - а это важная часть процессов охоты и размножения.
Шум от добывающих машин создаст стрессовые условия для многих организмов, повлияет на процесс развития личинок, на охоту и коммуникацию морских млекопитающих. Это будет особенно проявляться в гористой местности, где собирается много морских животных и рыб. Может начаться вертикальная миграция, что нарушит пищевые цепочки океана.
Схематичное изображение разработки морского дна
На шкале слева показаны уровни глубины и их названия. Diel vertical migration - суточная вертикальная миграция. Commercial fisheries - зоны промыслового отлова рыбы. Noise - шум. Dewatering plume - выбросы отходов первичной переработки. Seamounts for cobalt crusts - горы с кобальтовыми корками. Mid-ocean ridges/back arc basins for massive sulphides - срединно-океанические хребты и задуговые котловины с отложениями сульфидов. Collector plume - выбросы добывающих машин. Abyssal plains for manganese nodules - абиссальные равнины с марганцевыми конкрециями.
Моделирование добычи ископаемых
Все эти факторы стали достаточным аргументом для того, чтобы люди начали эксперименты и наблюдения на морском дне. В прошлом веке были проведены пробные работы на ограниченных площадях. И спустя 25 лет на дне океана все еще сохранились следы экскаваторов, поскольку углеродный и биохимический циклы так и не восстановились. Как и уровень минерализации - естественного превращения органической материи в простейшую неорганическую.
Активность местных микроорганизмов после эксперимента упала в четыре раза. Сейчас темпы ее восстановления позволяют прогнозировать, что для возврата к исходному уровню здесь понадобится лет 50. Пищевые цепочки восстанавливаются разными темпами. Медленней всего процесс идет у микроорганизмов; у мелкой подвижной фауны восстановление идет быстрее, чем у крупной неподвижной. Не смогли здесь восстановиться и живые ископаемые - существа, которые почти не отличаются от своих древних предков.
Учитывая незначительные масштабы зоны эксперимента и его малую длительность, точно экстраполировать эффект на масштабы промышленной добычи затруднительно. Чем больше будет нарушена связь таких районов с нетронутыми зонами, тем дольше будет идти восстановление.
Еще одно важное отличие эксперимента от реальных работ - это тип воздействия на конкреции. Во время эксперимента конкреции были всего лишь повреждены; в реальных же работах их будут поднимать на поверхность для дальнейшей обработки. Это уничтожит местную фауну. Эксперты пришли к выводу, что извлечение полиметаллических конкреций в промышленном масштабе сильно повлияет на жизнедеятельности микроорганизмов. Это приведет к нарушению циклов всех связанных с этими микроорганизмами веществ - от углерода до металлов.
Формирование новых конкреций займет миллионы лет, и без этого слоя вся связанная экосистема может не восстановиться никогда. Вероятно, зоны работ впоследствии будут заняты другими видами фауны, но скорость такого замещения предсказать сложно.
По итогам эксперимента ученые сделали вывод: устойчивость океана к добыче ископаемых на дне можно оценить как низкую. Океанские глубины - это, как правило, очень устойчивая среда, где организмы развивались таким образом, чтобы приспособиться к крайне ограниченным условиям. Обитающие здесь виды обычно являются долгожителями; период достижения половой зрелости у них весьма продолжительный. Это делает их еще более уязвимыми к изменениям среды. Чтобы выжить, многим видам придется мигрировать, что непредсказуемо повлияет и на соседние экосистемы. Высок риск вымирания множества эндемичных (живущих только на ограниченной территории) видов - как в зоне Кларион-Клипертон.
Меры по снижению экологического воздействия
Внедрение современных технологий, минимизирующих выбросы вредных веществ в процессе глубоководной добычи, является ключевым шагом для снижения экологического воздействия.
Социальные аспекты
Глубоководная добыча полезных ископаемых может стать важным фактором в создании новых рабочих мест в сфере морских исследований и технологий.
Это особенно актуально для регионов с ограниченными экономическими возможностями, где такие проекты могут способствовать развитию инфраструктуры и повышению уровня занятости населения.
Международный резонанс
Ознакомившись с результатами исследований, 12 стран, включая Францию и Германию, а также несколько островных государств, таких как Фиджи, Палау и Самоа, заявили, что проекты по глубоководной добыче нужно приостановить, и сейчас ведут активности в этом направлении. Их проект моратория на добычу поддержали крупные компании. В качестве альтернативы предлагается более ответственная добыча ископаемых на суше, создание более ремонтопригодных устройств и развитие переработки аккумуляторов.
Мировой океан содержит огромные запасы неосвоенных минеральных богатств, среди которых - железомарганцевые конкреции, богатые цветными и драгоценными металлами сульфидные залежи, кобальтоносные океанические корки и многое другое.
Такие компании, как The Metals Company, Impossible Metals и ряд других, активно претендуют на получение разрешений на геологоразведку и добычу глубоководных полезных ископаемых, чтобы получить преимущество в гонке за критически важные металлы.
На данный момент ISA продолжает обсуждать аспекты регулирования на фоне глобальных призывов к мораторию на глубоководную добычу полезных ископаемых.
Экологи также оказались крайне недовольны заявлением и призвали к международному мораторию на глубоководную добычу. Они описали действия компании как «пощечину международному сотрудничеству».
Действительно, недавнее исследование рисует мрачноватую картину: последствия тестовой глубоководной добычи на одном из донных участков в 1979 году заметны и по сей день.
При промышленной добыче хрупкое равновесие в глубоководной экосистеме может нарушиться, а наши знания об этом малоизученном регионе планеты остаются весьма скудными.
Эксплуатация минеральных ресурсов морского дна рассматривается как потенциальное решение проблемы нехватки критически важных минералов, необходимых для «зеленого» энергетического перехода. Как ни странно, влияние на изменение климата при этом может оказаться прямо противоположным.
Микроскопические организмы в донных отложениях играют важную роль в секвестрации углерода, и нарушение этого биологического слоя роботизированным горнодобывающим оборудованием может привести к повторному взвешиванию больших объемов углерода в океанических водах.
Глубоководные участки морского дна покрывают около 60% поверхности Земли, однако после многих десятилетий исследований океана, по состоянию на 2009 год, лишь около 10% этих участков было обследовано судовыми гидролокаторами.
Развитие глубоководной добычи будет зависеть от ряда факторов - от технологических до политических и социальных.