自然界最大的谜团之一便是：深邃的海底究竟暗藏着什么？由于海床大多未经勘探，也未用声呐技术进行测绘。自20世纪60年代以来，研究人员就在思考开采深海珍贵资源的可能性。约60年后的今日，我们可能迈入海底采矿的阶段。

海底蕴藏着哪些具有开采价值的矿物呢？早在古代，人们就曾在沉船中发现黄金，这促使古人最早尝试开发水下挖掘技术。目前，太平洋和印度洋的浅海区域已开展采矿作业，而深海采矿仍处于探索阶段，像“鹦鹉螺矿业”（Nautilus Minerals）这样的企业正尝试开发深海采矿系统。

分布在海底（特别是巴布亚新几内亚周边海域）的深海热泉停止活动后，会形成富含钴、铜、金、银等高价值金属的多金属块状硫化物，因此成为深海采矿的重要目标。 其形成过程如下：板块之间的挤压作用使海水渗入海底岩层的裂隙，这部分海水会在地热的作用下升温并溶解岩石中的矿物质，形成高温热液从喷口涌出。当这些液体与温度较低的海水相遇时，其中溶解的矿物质会迅速析出，沉积在海底。铜、金等重要的金属元素会在此过程中不断富集，最终形成富含金属硫化物的矿床。这些深海热泉矿床蕴藏着极具开采价值的矿物资源。

深海热泉中富含金与铜的筒状矿体

传统的露天或地下开采依赖人工操作的采矿设备。然而，即使应用全球最先进的采矿技术，人类目前仍无法直接在深海进行采矿作业。传统的露天或地下开采依赖人工操作采矿设备。然而，即使应用全球最先进的技术，人类目前还是无法直接在深海进行采矿作业。那么鹦鹉螺矿业公司如何开采位于海面下500至5000米处的矿物呢？解决方案是：人员留在海面船只上，遥控机器执行海底任务。

可行性替代采矿作业系统（VAMOS）项目展示在海上操控水中采矿机器人的技术

通过类似缆绳的装置，大型采矿设备得以与海面的生产供应船相连。设备从船只下放至水中后，由工作人员远程操控。海底的开采作业通常依赖三台功能各异的设备组成作业单元协同工作。首先，辅助切割机利用采矿滚筒在海底构建平整的开采平台。当平台准备就绪后，主切割机开始作业，负责破碎并剥离富含金属的矿层。破碎产生的矿砾堆积在工作平台上，随后集矿机进行采集，通过管道将物料输送至海面的生产供应船。物料在船上经过初步处理后运回陆地。

“蓝色矿瘤”（Blue Nodule）等计划则构思了另一种方法：使用类似扫地机器人的装置沿海床收集富含铜和锰的多金属结核。与鹦鹉螺矿业的设备类似，这种带缆绳的爬行式采矿机在海底行进时吸取金属结核。这类自动爬行设备可下潜至3000至6000米深度，在海床直接处理结核，随后将这些矿物输送回海面基地船。

深海爬行式采矿机

与陆地采矿相似，海底开采同样会对周遭环境造成污染。尽管深海采矿尚未实现大规模商业化，但国际海底管理局已向多个国家颁发了勘探许可证，涉及海域总面积超过130万平方千米。

环保人士的主要担忧之一是关键海洋物种可能因栖息环境被破坏而消失。许多底栖生物栖息于潜在的采矿区域。鉴于海洋生态系统的复杂性，科学家尚难精确预测深海采矿的全部负面影响。然而，英国国家海洋中心（简称NOC）一项长达26年的重要研究揭示了其潜在风险。该中心调查了秘鲁外海一处4000米深、曾进行采矿模拟的多金属结核区，发现26年后开采痕迹依然清晰可见，且该处的群落结构发生了显著的变化。海绵、珊瑚和海星等物种对维持生态系统平衡至关重要，它们的缺失有可能会对海洋生态带来毁灭性的影响。

文中图片均来源于《How it works》杂志

作者：《how it works》科普团队

审核：梁忠伟 中国机械学会微纳制造\智能运维专委会理事、中机联绿色制造专委会常务委员

来源: 科普中国创作培育计划

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