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海床采矿时代到来 ——矿产财富激增的欣喜和海底生物灭绝的恐惧

发布时间：19年10月25日

编译姚人杰

从洋底收获宝贵矿石的计划正在推进，但科学家认为，相关公司尚未彻底了解海床采矿，因而仍无法避免对生态环境的破坏。

生存在太平洋海丘上的鬼魅海绵，这类海丘环境是那些对海底采矿有兴趣的承包商的采矿目标之一

1972年，一位名叫亚尔马·蒂尔（Hjalmar Thiel）的年轻生态学家冒险探索了太平洋中一片被称为克拉里昂﹣克利帕顿区（CCZ）的僻远地区。那儿的洋底拥有一处全世界最大规模且未被利用的稀土元素矿藏。在海洋表面以下大约4 000米深处，CCZ的软泥里含有数百万兆的多金属结核（polymetallic nodule），这些马铃薯大小的凝固物含有铜、镍、锰和其他贵重矿石。

蒂尔对这片区域里大体上未被人研究过的小型底栖生物感兴趣。所谓的小型底栖生物，是指栖息在结核上和结核之间的小型生物。蒂尔的同伴们（采矿者）更渴望收获多金属结核中的贵重元素。“我们发生了争论。”蒂尔说道。在另一次航行中，蒂尔造访了红海，他的同伴也是一位想要进行海底采矿的人，他们渴望从红海富含金属的泥浆中提取出存在潜在价值的矿砂。蒂尔却警告那些人，假如他们推进计划，将废矿渣抛弃于海面，会让浮游生物之类的小型海洋生物窒息而死。

在后来的一次对质中，蒂尔——他当时在德国汉堡大学——质疑了业界测评海床采矿对环境的影响进而选取采矿方式的计划。他感觉自己被敷衍对待，还被建议去亲自做测试。1989年，他真的做了测试。

即使30年后的今天，蒂尔与同事设计的测评仍然是一种针对商业深海采矿的潜在影响的最大型实验。这个简单测评被称为DISCOL，需要在太平洋中用一种被称为犁耙、8米宽的工具对一片大约11平方公里大的海底中央进行耙地。这个过程模仿了采矿过程，许多受到扰动的沉积物升起又降落，覆盖了大部分研究区域，当然也覆盖了海底的生物。测评发现，海床采矿的影响远远超出想象，不只是从海床取出石块这么简单，这个举动本身甚至会毁灭海洋生命。

许多人都尝试要改善DISCOL的测评方法，但无人成功过，大多是由于技术和财政上的困难。计划好的最近一次采矿测试原本要在2019年4月进行，要在CCZ区测试一台自动结核收获机，但测试在最后一刻由于技术故障而被临时取消。该测试是由比利时承包商“全球海洋矿产资源公司”安排的，采用一台25吨重的拖拉机来犁锄洋底，这有机会让科学家更好地了解海床采矿造成的影响。

在克拉里昂-克利帕顿区，锰结核覆盖了洋底

“这肯定是一次意义重大的尝试，我们将要看到那些巨大沉重的机器与海洋环境的相互作用，这也是我们唯一的尝试机会。”克里斯蒂娜·耶勒（Kristina Gjerde）说道，她是国际自然保护联盟的公海政策顾问。

自从急切的实业家在将近半个世纪以前证明从洋底提取稀有的金属和矿石在技术上可行之后，深海采矿的道路一直困难重重。商业公司和许多国家常常许诺，他们很快开始从深海获得贵重的矿石，但商业努力因为各种原因没能成功——尤其是巨额先期费用、深海矿石无前例可借鉴和管理规范的缺位，这些都导致投资方小心谨慎。

“这项技术是现成就有的，但财务和法规上的不确定性导致行业裹足不前。”位于新加坡的海洋技术公司（SeaTech, 该公司是深海采矿支援船只的设计方）创始人戈文德·乔普拉（Govinder Singh Chopra）。

在克拉里昂-克利帕顿区的深邃海底收集到的深海生物，从左上角按顺时针方向，分别是长尾蝶参（一种海参，被称为“松鼠橡皮糖”）、一只海胆和两条海参

现在看来，这个新兴产业的时代已经到来。为了给电动汽车供能，储存风力发电和太阳能发电的电能，对于电池的需求越来越大，这推动许多稀土金属的价格上涨，鼓励了商业海床采矿。另外，行业等待已久的规章——以采矿法规的形式——预计会在2020年完成，让申请程序就位，承包商借此能申请为期30年的采矿执照，在诸如CCZ的部分国际水域海床获得指定的采矿权区。采矿者早已经在勘探这些采矿权区内的潜在资源，但在法规就位之前，商业采矿不会开始。目前，对这个行业的投资在逐渐增加。

近期，加拿大温哥华的一家名叫深绿（DeepGreen）的初创公司宣布，它正在募集1.5亿美元，以资助其在太平洋部分地区勘探矿产资源的活动——这是一个征兆，反映从业者对行业未来越来越有信心。

然而，科学家和环保人士担心，规章的问世将鼓励行业开始海底采矿，而我们尚未掌握足够的信息，不知如何进行海底采矿才能避免引起严重的环境危害。现存的少量数据表明，深海采矿可能会对海洋生命造成无法逆转的毁灭性影响。

自从DISCOL实验完成起，科学家已经四度重访实验地点，最近一次在2015年。那个地点的海底环境始终未恢复。被犁过的区域到今天仍然像30年前一样清晰可见，海绵、软珊瑚和海葵之类的示征动物返回得很少。“扰动比我们原本想象的强烈得多，影响更持久。”蒂尔说。

南印度洋的一处洋脊附近发现的深海生物，分别是海葵、阳遂足、石笔海胆和棘柳珊瑚

静谧之地

深海通常的定义是水下200米的区域，那儿是一个极端的世界。在许多海域，海床附近的温度徘徊在0摄氏度上下，那儿几乎没有光亮，压强超过1 000帕，相当于让两头大象站到你的大脚趾上，但生命仍然可以兴旺繁衍。深海中包含许多种生态系统，科研人员才刚开始对其展开研究。

采矿者为了勘探潜在的矿产资源，聚焦于三种环境类型。第一种是CCZ这样的深海平原（Abyssal plain），那儿布满了金属结核，这些结核是在数百万年的时间里由矿物沉淀在鱼的牙齿、骨头或其他小物体周围而形成的。这些区域是地球上最静谧、最偏远的生态系统，纤细的沉积物在那儿以大约每千年一厘米的速度沉积。那种低能量环境是多毛纲蠕虫、甲壳类动物、海绵、海参、海星、阳遂足、海胆、各种深海鱼类以及无数的微生物物种和微小沉积物的家园。

第二类矿藏是覆盖海丘的富含金属的海洋地壳。海丘是从深海平原上隆起的区域。那些洋壳中到处都是高价值的金属，譬如钴、铂和钼。在海丘环境中，占据支配地位的是珊瑚、海绵和其他滤食动物，以及金枪鱼、鲨鱼、海豚和海龟。

第三类矿藏是块状硫化物，它富含铜、铅、锌、金和银元素。这些矿石形成于过热水的喷口周围，火山脊贯穿海洋盆地时出现那些排放口。这些喷发出热液的排放口供养了又小又盲、长有标志性金黄色绒毛的雪人蟹（Kiwa tyleri）和鳞角腹足蜗牛（Chrysomallon squamiferum）。鳞角腹足蜗牛用铁质壳保护它柔软的内部器官，它是第一种因为海底采矿威胁而被宣布濒危的深海动物。

多年以来，大家都假定第一处进行海底采矿的深海环境将是位于巴布亚新几内亚领海的海底热泉。加拿大多伦多的鹦鹉螺矿业公司正在从事那个项目，但财务困难和当地的反对让投资事业突然停止，这使得CCZ成为深海采矿最可能的测试场。预计这片区域的多金属结核包含的钴、锰和镍比大陆上所有已知矿藏的总和还多。CCZ从夏威夷延伸到下加利福尼亚半岛，和毗邻的美国一样宽。

商业公司正致力于推进在CCZ采矿的计划。国际海底管理局（ISA）由联合国成立，是一个拥有168个成员的机构，旨在推动和管理海底采矿。它在过去的十年里已经给各国政府所资助的承包商颁发29张勘探许可证，允许他们在多个深海地点勘探海底矿藏。在颁发的许可证中，有16张准许在CCZ中进行勘探，而且覆盖了大约20% CCZ面积。

自从蒂尔在1972年首次造访这个地区起，科学家就越发细致地勘探了CCZ。夏威夷大学的深海生物学家克雷格·史密斯（Craig Smith）已经利用30年光阴研究CCZ中的生物群落，他领衔的团队收集了海参、海胆、软珊瑚、海星、海葵和蠕虫等等。收集到的动物物种中，差不多有90%是新知物种或在科学文献中从未描述过的。这些物种中，有深海中别处任何地方都找不到的罕见物种，包括一类有着“红唇”的海参长尾蝶参（Psychropotes longicauda）和酷似乌贼的蠕虫。史密斯认为，就算到现在，科学家采样过的区域也仅仅占CCZ总面积的0.01%。

在一片5.5万平方公里大小的英国采矿权区内，史密斯与同事们居然采集到一千多种动物物种，他们估计这个数量小于该区域生存的动物物种数量的一半。“那不是在清点微生物，那儿有着超过10万种不同的微生物。”史密斯说，“我们预计，CCZ共有数千种独特物种。我对那儿的生物多样性研究了几十年，但我们依然了解得不多。”一些物种可能生存区域很狭窄，所以假如遭到摧毁，对这些生物而言意味着灭绝。

数据缺口

尽管深海采矿威胁到一些物种，它也能提高大众对海底环境多样性的认知。根据法律，海底采矿的承包商需要评估他们的采矿权区内有哪些生物，史密斯和许多其他深海生物学家进行了生态勘察，帮助承包商构建基线。未来的采矿者若想推进测试工作，需要弄清他们的设备如何影响被作业的环境。

这些研究旨在帮助采矿公司和ISA减少行业操作带来的潜在危害，制定环境管理方案。但许多科研人员说，可操作性不强，部分原因在于设立的基线要求很低。

没有视觉的雪人蟹

基线数据一直是机密的，但在2019年7月变得公开可获取。“这将会相当有效，因为我们会首次窥见承包商数据的质量与数量。我的猜测是，许多承包商所组织的勘察没有进行周密的基线评估。”深海生态学家丹尼尔·琼斯（Daniel Jones）说道，他在位于英国南安普顿的国立海洋学中心工作。

科研人员担忧的另一个问题是在商业采矿开始之前，无需测试巨大采矿机对环境造成的影响。从1970年起，对结核采矿只进行12次小规模的实验，大多是使用狭窄的、约为2.5米宽的机械来扰动洋底。这些实验中，DISCOL被认为是最先进的，主要因为犁地更宽，覆盖的区域更大，数据覆盖时间更长。“这些研究都有缺陷，DISCOL也不完美，但它是目前最佳的实验。”琼斯说。

许多科学家和保育人士说，一些问题的根源出在ISA被赋予双重职责上。1994年联合国建立ISA时，它获得两个授权：保护国际公海的海底，使它免受严重伤害，同时也要开发海底资源，确保海底资源的开发造福人类。（在各国领海，各国能制定本国的海底采矿法规，但它们必须至少像ISA 2020年会批准的规定一样严格。）“ISA既是偷猎者，又是猎场管理员。”位于伦敦的皮尤慈善信托基金会的海事律师汉娜·莉莉（Hannah Lily）说道。

ISA对此已经做出了一些回应。譬如它表示：“ISA获得如此授权的一个极为重要的原因是在它所监管的活动中，能确保进行适当的环境评估和预防措施。”

它还表示：“这一决定依据168个国家达成的共识而制定，所有国家都有一票。”到目前为止，会员国只批准过勘探活动。

比利时承包商全球海洋矿物资源公司曾为采矿承包商和ISA的推进方式辩护。它认为，ISA主动建立起环境管理方案，其中包括禁止在9片与环境利益特别相关的采矿区域采矿。他们让这些区域——大约占CCZ 30%的面积——免予采矿，旨在保护生物多样性。

被沉积物掩盖

在CCZ中实施采矿，预计是十年后的事，而全球海洋矿物资源公司的目标是到2027年时开辟商业性的深海矿场。当这确实成真时，海底的场面可能会以类似方式呈现：像联合收割机一般庞大的自动化机械一路爬行，捡起多金属结核，连带着吸走最上层大约10厘米厚的柔软沉积物。“因为结核长得十分缓慢，开采它们实际上会让它们从海底永远消失。”科学家说道。

对于生存在CCZ的许多生物来说，结核是不可替代的栖息地。“对于直接邻近区域的大多数动物而言，采矿会要了它们的命。采矿会消灭大多数大型动物和附着在结核上的所有生物。”海洋系统科学家亨克·德斯蒂格特（Henko de Stigter）说道，他在荷兰皇家海洋研究所工作，他的评估报告分享给许多科研人员。

但CCZ中采矿的影响会比单单杀灭结核附近的生态系统要广泛得多。随着收集器在海底移动，它们会搅起大团的软沉积物，软沉积物会扩散到数万公里远的地方，最终再重新沉降下来。在高密度的情况下，沉积物羽流会掩埋海底动物，让它们窒息。只是沉积物会扩散多远仍然未知。“我们刚刚知道这些羽流会到达多远的地方，但我们仍然不知道它会带来什么影响。”德斯蒂格特说道。2019年8月，他在地中海的浅水域测试一台结核收获机原型造成的影响。

科学家也在进行实验室和计算机模拟的工作来评估沉积物受到扰动后的影响。2019年1月份发表的一份计算机模型研究发现，沉积物可能要耗费当前假定值的10倍时间来重新沉降，也就是说沉积物大概会在水柱（water column）中运动得更远。一些研究者说，采矿操作搅起的微量沉积物甚至就能闷死远方的海底生物。

在CCZ，一旦结核被收获机采集走，它们会通过一条千米长的管道，被输送到一艘大型海面支援船上。该船会在一天内清理数百万个结核，并将废弃的沉积物倒回大海，引发另一种沉积物羽流。

目前，尚不清楚那些废弃物会在哪里排入大海，部分原因是将沉积物输送回海床上耗资巨大，技术上有挑战。有建议认为，在1 000米深度处将沉积物羽流重新注入大海，而这距离海床仍然有数千米距离。科学家担忧，这种做法可能伤害或毁灭海洋中层深度的生命，正如蒂尔在30年前所担心的那样。

因为缺少关于深海环境的更多信息，科研人员甚至不知道如何定义这些风险。“什么是严重危害？这个问题还没有权威性的答案。我们理解物种的全球灭绝是严重危害，我们知道干扰碳封存是严重危害。科学家知道，海底采矿会导致CCZ内的物种局部灭绝，但我们是在讨论物种在整个CCZ的灭绝，还只是在采矿区域内的灭绝？这很复杂。”戈登·佩特森（Gordon Paterson）说道，他是ISA法律与技术委员会（LTC）的三位生态学家之一。

如何开启一个产业

在这种数据缺乏的处境中，ISA积极推进并计划在2020年内完成规章制定。2019年7月，理事会在牙买加金士顿聚首，要得出海底采矿法规的草案。这部法规会覆盖产业运作的方方面面，包括环境、监管和财务等方面。ISA说，它会倾听科学家的意见，在制定规章时将科学家的建议融合进去。“这几乎是我们为产业活动做过的最登峰造极的准备工作。”ISA秘书长迈克尔·洛奇（Michael Lodge）说道，他将海底采矿法规视为一般性指引，将留出空间，以便随着时间发展而制定更先进标准。

许多科学家表示赞同。“这比我们过去在石油和天然气生产、砍伐森林或核废料处置上的做法好得多。”基尔亥姆霍兹海洋研究中心的生物地球化学家马蒂亚斯·黑克尔（Matthias Haeckel）说道。

因为只向三位LTC生态学家寻求专家建议，ISA一直遭到科研人员的批评。但北卡罗来纳州杜克大学的深海生物学家辛迪·范多弗（Cindy Van Dover）说，ISA得到许多像她一样的科学家的免费帮助。“有许多幕后默默无闻的科学研究结果被反馈给ISA。”她说道。

克里斯蒂娜·耶勒与丹尼尔·琼斯说，ISA受到的另一项指控是决策不透明，比如说，该组织的法律与技术委员会的会议是闭门会议，总结报告缺乏细节。尤其让许多人不安的是，在颁发勘探许可证时，没有咨询更多的科学家。比如说，2018年波兰被授权勘探大西洋中脊的1万平方公里范围。这片采矿权区毗连“失落之城”（Lost City），那是一片独特的水热田（hydrothermal field），已经被联合国教科文组织指定为世界遗产。科学家和保育人士都反对这个决定。批评者之中包括了苏黎世联邦理工学院的生物学家格雷琴·弗吕﹣格林（Gretchen Früh-Green），她也是2000年发现“失落之城”团队的成员。