Добыча полезных ископаемых со дна моря и океанического шельфа
Помимо поверхности континентов, человек в течение всей своей истории использует полезные ископаемые океана и моря.
До недавних времен главной областью эксплуатации было рыболовство, но в последние десятилетия важную роль в экономике некоторых приморских государств играет добыча нефти с морского дна в районе материковых окраин.
Человек использует соли, растворенные в морской воде. В настоящее время о запасах моря часто говорят, как о надежде человечества. Моря и океаны, покрывающие более двух третей поверхности земного шара, призваны поддержать энергетический, сырьевой и пищевой баланс увеличивающегося населения Земли.
Естественно, встает вопрос, реально ли это?
Что можно добыть с Мирового океана
Казалось бы само собой разумеющимся, что соль, которую употребляет человек, происходит из моря, но это не так.
Лишь третья часть поваренной соли получается путем испарения морской воды, остальная добывается на континентах или путем испарения соляного раствора — минерализованных вод, сопровождающих месторождения соли.
Итак, морская вода является химическим сырьем, но самое ценное, что из нее получают, не соль, а бром, используемый в первую очередь в фотографической промышленности, и магний. Из морской воды добывается более двух третей мирового потребления этих элементов.
Добыча брома в океане
Морская вода содержит и ряд других соединений, находящихся в растворенном состоянии. Время от времени в СМИ можно прочесть, сколько в ней находится урана или золота. Эти цифры действительно поражают.
Однако нас ограничивает в действиях тот факт, что мы пока не располагаем достаточным количеством энергии, чтобы наладить процесс их извлечения. Но ряд процессов проводит за человека сама природа.
Добыча тяжелых металлов с морского дна
Так, например, медь, марганец, кобальт, никель нет необходимости добывать из морской воды, поскольку эти металлы выпадают и кристаллизуются на дне океанских впадин в виде марганцовых конкреций. Это – образования величиной с орех, кулак или футбольный мяч, во множестве рассыпанные по дну Тихого и Атлантического океанов и состоящие из слоев окислов железа и марганца, кристаллическая структура которых легко связывает более тяжелые металлы, как никель, кобальт и медь.
Общее содержание полезных ископаемых океана в виде металлов в марганцовых конкрециях достигает 2,5%. Поэтому исследовательские корабли составляют карты морского дна, фотографируют его с помощью подводных камер, а ученые анализируют содержание металла в этих шаровидных образованиях.
Выявленное содержание металлов пока невелико, а расходы по добыче сырья со дна велики. Но надежды на источники сырья имеются, хотя о юридической стороне вопроса добычи со дна моря люди договариваются с трудом.
С большим успехом проводится добыча так называемых тяжелых минералов в прибрежных областях.
Например, ученые нашли подводную гору в 300 милях от побережья Канарских островов. Гора представляет редкоземельный металл теллур.
Стоимость этого металла составляет порядка 300 долларов за кг, что будет достаточно прибыльно начать добычу с морского дна.
Вода сортирует минералы
Средневековые горняки, да и позже золотоискатели получали золото путем промывки речных наносов. Вода уносила из старательских сит более легкие силикатные минералы, а на дне оставались более тяжелые минералы. Когда посчастливилось, то и кусочки золота.
Морской прибой и сильные морские течения в ряде мест делали эту работу за человека.
Более тяжелые минералы, например, касситерит (оловянная руда), циркон (циркониевая руда), рутил (окисел титана), моназит (сложный фосфат с содержанием редкоземельных элементов) и даже алмаз высвобождаются из горных пород в процессе выветривания, а поскольку они более стойки, чем многие другие минералы (например, полевой шпат), вода уносит их в море. Там они сортируются как в старательском сите: более легкие, обычно силикатные и кварцевые материалы уносятся, а на пляже или на мелком морском дне остаются тяжелые, полезные фракции. Во многих местах в мире добываются минералы в переходных зонах от океана к материкам.
Однако полезные ископаемые океана и моря пока сложно извлечь или достать с морского дна с учетом получения прибыли. Но технологии улучшаются и, возможно, основные источники сырья будут находиться в море.
Добыча подводных месторождений
Во многих районах Мирового океана на поверхности и в недрах шельфа и континентального склона выявлены различные ценные полезные ископаемые.
На дне залегают фосфоритовые конкреции — специфические образования, представленные зернами размером от 0,1-0,3 до 2-3 мм, желваками — до 5-10 см, плитами и глыбами весом до десятков и сотен килограммов. Они содержат до 30% окиси фосфора с незначительными примесями молибдена, ванадия, цинка, стронция.
В размещении фосфоритных конкреций проявляются определенные закономерности. Их залежи встречаются на пространствах, ограниченных параллелями 40-42° с.ш. и 50° ю.ш., и приурочены они исключительно к океанским шельфам. В окраинных и внутренних морях они не обнаружены. Скопления конкреций наблюдаются в зонах апвеллинга.
Наиболее богаты фосфоритами южнокалифорнийский и мексиканский шельфы. Эти ископаемые широко распространены у берегов Северной и Южной Америки, от острова Ванкувер до берегов Чили, возле Хонсю, на плато Чатам у Новой Зеландии, на шельфе острова Тасмания, на банках возле Соломоновых островов, на западноафриканском шельфе, от Гибралтара до банки Агульяс, в районе Пиренейского полуострова, у берегов Бразилии и США, на плато Блейк, в шельфовой зоне Аравийского полуострова, Индостана, Северных Андаманских островов, острова Рождества, Мадагаскара, Сокотра и в других районах.
Общие запасы фосфоритных конкреций в Мировом океане достигают 3*1011 тонн. Их запасы на шельфе Калифорнии оцениваются в 2-4 млрд. тонн. При современных и даже более высоких темпах потребления фосфатного сырья океан может обеспечить мировую потребность в нем на ближайшие 1000 лет. Однако промышленная добыча фосфоритов из подводных залежей пока не ведется, так как их качество ниже, чем на суше; технология морских разработок еще не отработана. Исследования показали, что только калифорнийские фосфоритовые конкреции образуют настолько богатые залежи, что их добыча может давать до 50% прибылей на вложенный капитал. Здесь проводится разведка фосфоритовых залежей. Определенный интерес к подводным фосфоритовым месторождениям проявляют Япония, Австралия, Перу и другие страны. В настоящее время морская добыча фосфоритовых конкреций может быть оправданной лишь в районах, где остро ощущается недостаток фосфатного сырья и куда затруднен его ввоз.
Другой вид ценных полезных ископаемых — баритовые конкреции. Они представляют собой образования округлой формы размером от 1 до 20 см и содержат примерно от 75 до 84% сернокислого бария. В качестве примесей в них присутствуют сульфаты стронция и свинца. Эти конкреции обнаружены на шельфе Шри-Ланки, на банке Син-Гури в Японском море и в других районах океана. На Аляске, в проливе Дункан, на глубине 30 м разрабатывается единственное в мире жильное месторождение барита. Его запасы оцениваются здесь в 2,5 млн. тонн, а суточная добыча составляет около 1000 тонн. Баритовое сырье используется в химической и пищевой промышленности, а также как утяжелитель глиняных растворов при бурении на нефть.
В морских осадках на глубинах 2000-6000 метров распространен минерал глауконит, содержащий от 4 до 9,5% окиси калия. Этот минерал считают потенциально возможным сырьем для производства калийных удобрений.
Некоторые виды полезных ископаемых залегают в недрах шельфа. К ним относится сера. Обычно она встречается в соляных куполах, погребенных под слоем осадочных пород мощностью в несколько десятков метров. Потенциальные ресурсы серы в подводных месторождениях оцениваются от десятков до сотен миллионов тонн. В настоящее время серу добывают США в Мексиканском заливе на глубинах порядка 15 метров. Здесь пробурены скважины, через которые к местам залегания серы подается горячий пар или вода. Сера плавится, становится жидкой и под воздействием сжатого воздуха через эти же скважины поступает к трубопроводам и по ним к баржам, где и застывает в охладительных цистернах. Это месторождение дает 20% серы, производимой в США, и 4% ее мирового выпуска. Соляно-купольные структуры с возможным промышленным содержанием серы обнаружены в Персидском заливе, Красном и Каспийском морях.
В прибрежной зоне шельфа расположены подводные месторождения железной руды. Ее добывают с помощью наклонных шахт, уходящих с берега в недра шельфа. Наиболее значительная разработка морских залежей железной руды ведется в Канаде, на восточном побережье Ньюфаунленда (месторождение Ваба-на). Достоверные запасы железной руды здесь оцениваются в 2 млрд. тонн, а ее ежегодная добыча равна примерно 3 млн. тонн. Кроме того, Канада добывает железную руду в Гудзоновом заливе, Япония — на острове Кюсю, Финляндия — у входа в Финский залив. Вместе взятые, эти страны добывают из подводных месторождений 1% от общемировой добычи железной руды. Перспективны шельфы Африки, полуострова Индостан в Азии, Австралии, Южной Америки.
В небольших количествах из подводных шахт добываются медь и никель (Канада — в Гудзоновом заливе, близ Черчилля, и Великобритания — у полуострова Корнуолл). В Турции, на побережье Эгейского моря, разрабатываются ртутные руды. Швеция начала проектные работы по добыче железа, меди, цинка, свинца, золота и серебра из недр Ботнического залива. Разработки предполагается вести шахтным способом на глубине 140-150 м от поверхности дна.
В настоящее время в Мировом океане осваиваются коренные месторождения уже в значительных масштабах. Известно более 100 подводных шахт и рудников, заложенных с берега материков, естественных или искусственных островов для добычи полезных ископаемых погребенного типа. Некоторые из этих рудников и шахт глубиной 100-120 метров удалены от берега на 8 км и простираются до глубин от 30 до 240 метров ниже уровня моря. В перспективе намечается освоение новых подводных месторождений с выходом на большие глубины.
Согласно последнему докладу в июле 2018 года, Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП) предупреждает, что с каждым годом добыча полезных ископаемых с морского дна оказывает катастрофические последствия для морских обитателей.
На дне мирового океана содержится огромное количество уникальных и необычных видов животных, также там своя исключительная среда обитания и экосистема. Помимо этого, мировой океан обладает гигантскими запасами полезных ископаемых.
Человечеством в 1970-1980 предпринимались попытки добывать эти ресурсы с морского дна. Но юридические неопределенности, огромные финансовые затраты в совокупности с низкими ценами на металлы постоянно тормозили данный процесс добычи.
В настоящее время юридические пробелы практически устранены, а технология морской добычи усовершенствована и быстро развивается.
Суть доклада предполагает усовершенствовать существующую нормативно – правовую базу, которая позволит избежать долгосрочного ущерба морской среде на основе высококачественных оценок воздействия на окружающую среду и стратегий смягчения негативных последствий.
Все это в свою очередь должно основываться на комплексных базовых исследованиях для улучшения понимания глубоководных районов, которые еще недостаточно изучены или не изучены вообще.
По мнению экспертов МСОП, разрабатываемый в настоящее время «Кодекс о недрах и недропользовании» не обладает достаточными сведениями о глубоководных районах.
Также отсутствует тщательная оценка экологических последствий при горных работах, которая необходима для обеспечения эффективной охраны жизни существ в глубоководных местах.
«Мы работаем в темноте», — утверждает Карл Густав Лундин, руководитель глобальной морской и полярной программы МСОП. Наше нынешнее понимание морских глубин не позволяет нам эффективно защищать существующую там жизнь от горных работ.
И все же сегодня контракты на разведку дна мирового океана предоставляются даже для тех районов, где локализуются очень уникальные виды. Эксплуатация полезных ископаемых с использованием современных технологий может навсегда разрушить богатую глубоководную жизнь, принося пользу лишь немногим и игнорируя будущие поколения.
Ещё одним фактором риска является постоянный рост коммерческого интереса к глубоководным месторождениям полезных ископаемых в результате прогнозируемого роста спроса на медь, алюминий, кобальт и другие металлы.
Эти ресурсы используются для производства высокотехнологичных устройств, таких как смартфоны, планшеты, солнечные панели, электрические аккумуляторные батареи.
Пока эмпирических данных о воздействиях на экосистему при глубоководной добычи мало, но потенциальные последствия вызывают беспокойство.
К ним ученые относят непосредственный физический ущерб морским местам обитания: вспахивание океанского дна при помощи техники (подобно вырубке леса) приводит к смешиванию первичного грунта с остальными донными отложениями на морском дне. Эти действия сделают воду мутной и могут привести к удушью обитателей. Дополнительное негативное воздействие оказывают:
- токсичное загрязнение в результате утечек и разливов;
- шум и вибрация, а также замусоривание акватории от горно-шахтного оборудования и надводных судов.
Уже в 2018 году Международный орган по морскому дну выдал 29 контрактов на разведку в глубоководных районах на условиях, обеспечивающих экологически чистую деятельность.
Ожидается, что коммерческая добыча в международных водах начнется не ранее 2025 года. Извлекать полезные ископаемые уже начали в национальных водах Японии в 2017 году. Также коммерческая добыча полезных ископаемых прогнозируется в 2020 году в Папуа-Новой Гвинее.
Кристина Гьерде (Kristina Gjerde) старший специалист МСОП по морским и полярным программам надеется, что разрабатываемые правила для коммерческой глубоководной добычи будут должным образом понятны и обсуждены на публике, а последствия подводных операций будут строго оценены.
Все меры предосторожности для защиты морской среды обязаны стать основной частью любых правил добычи полезных ископаемых, чего на данный момент в действительности не существует. В дополнение к этому, сложный и противоречивый мандат Международного органа по морскому дну потребует улучшения надзора со стороны международного сообщества для обеспечения надлежащей защиты мирового океана.
Ученые из Университета Дьюка (Duke University, США) призвали обратить внимание на то, как подводная добыча полезных ископаемых может отразиться на целостности экосистемы океанов. Эксперты высказали опасения, что из-за разработки подводных залежей полезных ископаемых могут пострадать редкие малоизученные виды морских обитателей, пишет издание The Verge.
Сейчас активной добычей полезных ископаемых со дна океана занимается Япония. В районе самого крупного острова японского архипелага Рюкю, Окинава, на глубине 1,5 км ниже уровня моря находится “месторождение” драгоценных металлов. Там действуют гидротермальные источники, так называемые черные курильщики, через которые в океан попадает высокоминерализованная горячая вода, содержащая частицы металлов. При контакте с холодной водой они оседают на дне океана. Глубоководная горнодобывающая промышленность страны получает на этом месторождении цинк, золото и другие металлы, которые используют в производстве смартфонов.
Гидротермальные источники были обнаружены в 1970-х гг. и с тех пор остаются объектами пристального внимания ученых. Территорию рядом с ними населяют различные живые сложные существа, о которых практически ничего не известно. Они существуют на основе хемосинтеза (организмы для построения своего тела используют неорганические вещества почвы, воды и воздуха). В восточной части Тихого океана вокруг гидротермальных источников живут огромные черви, а в юго-западной части – два уникальных вида улиток. Возле “черных курильщиков” у Антарктиды живут крабы-йети (Kiwa hirsuta), получившие свое имя из-за внешнего вида – они белые и полностью покрыты ворсинками. Это не волосы в привычном понимании, а перистые щетинки, в которых живут бактерии, очищающие воду из источников от содержащихся в них ядовитых веществ. Есть мнение, что этими же бактериями питаются крабы.
“Там встречается много странного и удивительного. Это самое близкое соприкосновение человечества с чужеродными формами жизни”, – считает эколог, профессор Университета Дьюка Эндрю Талер (Аndrew David Thaler).
Добыча полезных ископаемых может поставить под угрозу существование уникальных видов живых существ, поскольку разработка предполагает измельчение породы для доставки ее на поверхность. “Иного способа нет. Что бы там ни добывалось, все живое уничтожается”, – добавляет Талер.
Восстановление “черных курильщиков”
По словам эколога, “черные курильщики” умеют восстанавливаться. Так, из опыта наблюдений Талер знает, что после извержений подводных вулканов источники постепенно восстанавливаются и вновь начинают функционировать спустя примерно десятилетие. Однако, как отмечает Синди Ли ван Довер (Cindy Lee Van Dover), профессор Университета Дьюка, неизвестно, какой объем разрушений смогут выдержать отверстия гидротермальных источников во время добычи полезных ископаемых.
Кроме того, источники содержат токсичные химические вещества – свинец и мышьяк. Неизвестно, что будет с окружающим их животным миром и ближайшими прибрежными зонами, если случится авария при добыче и произойдет разлив.
Регулирование работ на дне
За тем, как ведутся подводные разработки полезных ископаемых, следит Международный орган по морскому дну (International Seabed Authority, ISA) – организация, созданная на основании Конвенции ООН по морскому праву. ISA выдала 25 контрактов странам на подводную разведку полезных ископаемых. Никаких крупных разработок пока не ведется, поскольку организация еще не выяснила до конца, как именно глубоководная добыча влияет на природу. ISA взяла на себя обязательство к 2020 г. разработать кодекс экологических нормативов разработки полезных ископаемых. Как предположило издание The Verge, к 2025 г. в океане могут появиться крупные разработки подводных месторождений.
Талер убежден, что человечество должно сделать все возможное, чтобы защитить гидротермальные источники, поскольку они могут послужить источниками уникальных знаний о планете и природе. “Странные существа живут в абсолютной темноте, среди токсичных веществ. Глубоководный мир – наше космическое пространство. Но оно полно живых существ, которые живут вопреки всему, бросая вызов нашему восприятию жизни”, – говорит Талер.
Материал предоставлен проектом “+1”.