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《NAT COMMUN：深海采矿引起的沉积物羽流扩散》

  • 来源专题：岩土力学与工程信息资源网
  • 编译者： 李娜娜
  • 发布时间：2025-06-30

  • 从海底开采多金属结核可能会导致重大和持久的生态变化——无论是在采矿区，地表沉积物和生活在其中和上面的动物群与结核一起被清除，还是在相邻的海底，采矿中悬浮的沉积物会产生重新分布。

    来自MiningImpact项目和德国联邦地球科学和自然资源研究所（BGR）的研究人员对工业原型多金属结核收集器进行了深海（4500米）试验，并分析了悬浮沉积物羽流的扩散及沉积物在空间和时间上的重新沉积模式。结果表明，收集器后方形成的重力流穿过较陡的海床部分，沿坡向下流动了500米。主要的底流控制着距离监测区域末端4.5公里处的沉积物扩散。在距离采矿巷道50米处记录到的最大悬浮颗粒浓度比环境值高出四个数量级，但随着时间、距离和高度的增加而迅速下降。大部分羽流仍靠近海床，在1米监测高度浓度最高，在50米处达到背景浓度。颗粒快速絮凝后，沉积物迅速大量重新沉积。通过毫米级摄影测量海床重建，可以定量估计采矿巷道旁重新沉积沉积物的厚度约为3厘米，最小侵蚀深度为5厘米。

    这项研究为国际海底管理局（ISA）正在制定国际法规提供了宝贵的信息，包括监测未来潜在深海采矿作业的最新技术和战略。相关研究成果发表于《Nature Communications》[1]。






    [1] Monitoring Benthic Plumes, Sediment Redeposition and Seafloor

    Imprints Caused by Deep-Sea Polymetallic Nodule Mining



  • 原文来源：https://doi.org/10.1038/s41467-025-56311-0
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  • 《新研究考察了深海采矿沉积物羽流的扩散》
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    • 编译者：徐冰烨
    • 发布时间：2025-03-10
    • 2025年3月5日/基尔。从海底开采多金属结核可能会导致重大和持久的生态变化——无论是在采矿区，地表沉积物和生活在其中和上面的动物群与结核一起被清除，还是在相邻的海底，采矿中悬浮的沉积物在那里重新安置。来自MiningImpact项目和德国联邦地球科学和自然资源研究所（Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe，BGR）的独立研究人员监测了东太平洋克拉里昂-克利珀顿区工业原型前结核收集器的测试，并分析了悬浮沉积物羽流的扩散以及沉积物在空间和时间中的重新沉积模式。他们的结果现已发表在《自然通讯》杂志上。在3000至6000米的深度的深渊平原上，多金属结节散布在数百万平方公里的土地上，就像田野里的土豆一样。这些矿物矿石是数百万年来由溶解在海水中的金属或沉积物中有机物微生物降解时释放的。随着全球对镍、钴和铜等关键金属需求的增长，经济开发这些资源的压力也在增加。 由于深海的极端条件，其生态系统和高生物多样性（主要由生活在沉积物中的小生物体）对扰动特别敏感。自2015年以来，由GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心基尔协调的欧洲JPI海洋项目MiningImpact一直在调查深海采矿的潜在环境影响。先前对克拉里昂-克利珀顿区和秘鲁盆地十年来扰动痕迹的分析表明，采矿将造成长期损害：生物多样性和基本生态系统功能将受到几个世纪的影响。 采矿作业期间产生的悬浮沉积物羽流的扩散是一个主要但鲜为人知的风险。为了更好地了解这一过程，科学家们密切监测了比利时ISA承包商Global Sea Mineral Resources开发的远程操作原型前结节收集器的测试。该研究现已发表在《自然通讯》上，提供了关于采矿诱导的羽流分散和重新沉积在采矿区之外的远场空间足迹的第一批详细数据。 主要作者、GEOMAR深海监测小组的研究员Iason-Zois Gazis说：“虽然主要沉积物部分在距离源头几百米以内重新定居，但我们可以在4.5公里外检测到沉积物浓度的微小变化。” 监测4500米深的采矿诱导沉积羽流 2021年4月19日，一个结节收集器在4500米的深度部署了41小时。在此期间，这辆车行驶了大约20公里，占地34,000平方米（大约是五个足球场的大小）。车辆产生的沉积物羽流是使用安装在海底固定平台上的众多校准传感器以及遥控和自主水下车辆测量的。 研究发现，集水器后面形成了密集悬浮粒子（重力电流）的流动，下坡穿过海底更陡峭的部分，长达500米。随后，沉积物羽流的进一步扩散是由自然近底流驱动的。在采矿场附近，沉积物浓度比自然条件下高出10,000倍，14小时后恢复到正常水平。大多数悬浮颗粒保持在海底上方5米以内，在颗粒絮凝的帮助下相对快速地重新安置。低浓度的细沉积物颗粒羽流离开了4.5公里外的监测区域。 研究人员使用高分辨率的海底3D测绘，以毫米分辨率绘制了采矿印记，并估计了采矿区清除并随后重新沉积在海底的沉积物数量。在雷区，至少在海底顶部五厘米处清除了结节。与此同时，重新沉积的层厚度达到约三厘米，完全覆盖了附近（距离约100米的距离）的结节栖息地，并随着与矿区距离的增加而变薄。 这项研究为国际海底管理局（ISA）正在制定国际法规提供了宝贵的信息，包括监测未来潜在深海采矿作业的最新技术和战略。MiningImpact的研究人员正在继续分析环境影响，这项研究的结果有助于将物理影响类型与生态影响准确联系起来。 原始出版物： Gazis, I.-Z., de Stigter, H., Mohrmann, J. et al.（2025）。监测深海多金属结核开采引起的底栖羽流、沉积物重新沉积和海底印记。《自然通讯》，16，第1229条。 网址：https://doi.org/10.1038/s41467-025-56311-0 背景：MiningImpact项目 自2015年以来，欧洲合作项目“MiningImpact”一直在调查和评估未来潜在深海采矿作业的环境影响。一个关键目标是将其科学成果转化为国际和国家政策的建议。该项目的资金是在“健康和富有成效的海洋”联合规划倡议（JPI海洋）的框架下提供的。
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  • 《深海沉积物羽流新认识》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2022-11-09
    • 一项实验研究显示，海底勘探采矿设备扰动的沉积物云会在密集的沉积物流中流动，而这些沉积物基本上只局限在距离海底几米的地方。来自麻省理工学院（MIT）和加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的研究人员近期报告了在墨西哥西海岸太平洋进行的实地考察结果。该科学小组模拟了深海采矿作业，以了解采矿对周围生态系统的影响。他们通过深海系泊和采集装备来实现这一目的，这些仪器可以监测沉积物羽流演变。 斯克里普斯物理海洋学家、研究报告合著者Matthew Alford说，被收集车扰动的沉积物碎片中只有不到10%能上升到两米（6.5英尺）以上，表明人们不必对远处扩散羽流过于担心。但Alford认为，海洋中复杂的流体机械过程支配着沉积羽流的演变。为了准确预测深海采矿的影响，必须很好地理解并在模型中体现这些过程。 这项研究近日以封面论文发表在《科学进展》（Science Advances）上，报告了2021年对太平洋克拉里昂-克利珀顿区（CCZ）进行的巡航研究结果。在那里，科学家们通过与比利时海洋工程公司Global Sea Mineral Resources NV（GSR）合作，测试了Patania II的全尺寸原型收集器车，并在收集车上安装了传感器观测车辆附近的沉积物羽流。收集器在5000米（16400英尺）深的海底，在三个不同地点多次重复收集仪器尾部沉积物扰动信息，以确保信息的准确性。 Alford和合著者表示，沉积物羽流在到达一定高度时形成浊流或充满沉积物的海底河流而被削弱，在平坦的海底部，它们在横向上影响微乎其微，但在轻微海底坡度地区，它们可以在横向上翻滚数公里。合著者、麻省理工学院教授Thomas Peacock表示，该研究首次揭示了不同地形深海采矿对沉积物扰动的影响。譬如，浊流可能是深海采矿作业复杂过程的重要现象，对其建模时必须考虑这一影响。同时，这项研究对制定深海锰结核采矿管理措施和方针具有指导意义。（於维樱  编辑）
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