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可再生能源技術(shù)需要大量關(guān)鍵礦物。海床之下或許藏著這筆財富。但這要付出怎樣的代價？

在太平洋海底13,000多英尺（約合3962米）以下，一臺重達(dá)70多噸的機器像坦克一樣憑借履帶緩慢前行了0.1英里——沿途吸取著富含銅、錳、鈷和鎳的土豆大小的結(jié)核。這一幕發(fā)生在2022年，加拿大企業(yè)The Metals Company宣布這款海底采礦機的試運行取得成功。

該公司正致力于獲得批準(zhǔn)，以便在6.5萬平方公里的海域部署此類設(shè)備進行商業(yè)開采，以提取超過6億噸的金屬結(jié)核礦。

海底蘊藏著豐富的資源——那些由關(guān)鍵礦物緊密堆積而成的球狀礦床，長期以來一直難以觸及。但如今情況已然不同。The Metals Company 的探索行動，是包括中國、印度以及位于西南太平洋的小島國瑙魯在內(nèi)的企業(yè)、各國政府和國有企業(yè)發(fā)起的31項計劃之一，旨在采集結(jié)核樣本進行分析，并測試采礦設(shè)備。

在全球氣候變化壓力下，更多國家和企業(yè)轉(zhuǎn)向可持續(xù)發(fā)展策略，這些歷經(jīng)數(shù)百萬年無人染指的未開發(fā)礦藏，進入了這些國家和企業(yè)的視野。據(jù)總部位于巴黎、專門提供能源政策咨詢與分析的國際能源署（IEA）稱，大規(guī)模轉(zhuǎn)向清潔能源可能使關(guān)鍵金屬和稀土元素的需求量增加四倍。而關(guān)于這些額外資源應(yīng)從何處獲取，各方存在尖銳分歧。

The Metals Company于2022年進行的一項試點測試中，一臺結(jié)核采集車在克拉里昂-克利珀頓斷裂帶被從船舷放下（上圖）。采集到的結(jié)核通過立管輸送到船艙內(nèi)（下圖）。圖片來源：THE METALS COMPANY

美國等國家、包括The Metals Company在內(nèi)的企業(yè)以及一些研究采掘業(yè)的科學(xué)家認(rèn)為，陸地上易于開采的關(guān)鍵礦產(chǎn)資源不足以滿足日益增長的需求。他們表示，與其開辟大量新的陸上礦山，不如讓新興的深海采礦業(yè)來填補這一缺口。

以太平洋上的群島國家帕勞為首，其他研究人員、環(huán)保組織以及約40個國家呼吁，在進一步了解深海采礦活動的潛在生態(tài)影響并制定相關(guān)法規(guī)之前，應(yīng)全面禁止或暫停此類活動。許多人認(rèn)為，陸地上仍有充足的資源可供開發(fā)。

十多年來，負(fù)責(zé)管理國家管轄范圍以外海域采礦活動的國際海底管理局一直在制定一套采礦守則，以規(guī)范海底資源的開采，但其成員國尚未就相關(guān)規(guī)則達(dá)成一致。2025年7月，談判因諸多懸而未決的問題而告終，其中包括如何衡量和監(jiān)測生態(tài)影響。近期，談判已重新啟動。

但時間緊迫，因為在相關(guān)規(guī)則和保障措施尚未到位之前，采礦活動最早可能于今年就獲得批準(zhǔn)。瑙魯正在鉆研一個法律漏洞，該漏洞允許其與其他國家在采礦法規(guī)達(dá)成一致之前就申請商業(yè)許可。此外，The Metals Company還采取了一項單方面舉措，繞過國際海底管理局的管轄權(quán)，向美國申請在克拉里昂-克利珀頓斷裂帶進行開采的許可。該區(qū)域是大多數(shù)深海采礦計劃的重點目標(biāo)，位于夏威夷和墨西哥之間的國際水域，面積達(dá)600萬平方公里（幾乎與澳大利亞面積相當(dāng)）。美國尚未簽署賦予國際海底管理局對此類活動管轄權(quán)的國際條約。

在克拉里昂-克利珀頓斷裂帶海面下約4500米處，蘊藏著地球上大部分的多金屬結(jié)核，這些巖層中富含關(guān)鍵金屬。聯(lián)合國下屬機構(gòu)國際海底管理局正在制定相關(guān)規(guī)則，以規(guī)范國際水域礦產(chǎn)資源的開采。各國對其國家管轄范圍內(nèi)的水域（即專屬經(jīng)濟區(qū)）內(nèi)的礦藏開采擁有管轄權(quán)。圖片來源：KNOWABLE MAGAZINE

時間緊迫，研究人員和分析師正致力于解答這幾個關(guān)鍵問題：我們能在陸地上找到所需的礦產(chǎn)，還是必須深入海底去開采未開發(fā)的資源？這兩種選擇分別會對環(huán)境產(chǎn)生什么影響？

迫在眉睫的綠色需求

關(guān)于綠色轉(zhuǎn)型將大大提高全球關(guān)鍵礦產(chǎn)供應(yīng)需求這一點，各界基本達(dá)成共識。國際能源署在2025年關(guān)于清潔能源轉(zhuǎn)型礦產(chǎn)需求的評估報告中指出，現(xiàn)有礦山和規(guī)劃中礦山的礦產(chǎn)產(chǎn)量可能很快就會出現(xiàn)短缺。

分析師們針對可再生能源利用和氣候變化減緩制定了三種不同的情景模型。他們將這些需求預(yù)測與不同類型的供應(yīng)預(yù)測進行了對比，其中包括一個目標(biāo)較低的情景——該情景涵蓋現(xiàn)有礦山、在建礦山以及已獲得許可或資金保障但尚未啟動的項目；還有一個目標(biāo)更宏大的情景——該情景還考慮了仍在尋求融資或許可的項目。

根據(jù)這一模型，分析師預(yù)計，到2040年，作為電動汽車電池關(guān)鍵成分的鋰全球需求量可能比2024年的水平增長約4.7倍，而對風(fēng)能和太陽能至關(guān)重要的銅的需求量可能增長1.3倍。他們預(yù)測，這兩種金屬可能在2035年就會出現(xiàn)短缺。

國際能源署關(guān)鍵礦產(chǎn)分析師肖班·迪爾（Shobhan Dhir）表示，根據(jù)目前已公布的項目來看，未來銅的供應(yīng)缺口可能不如鋰那么嚴(yán)重，但開采新的銅礦或擴建現(xiàn)有銅礦的難度要大得多。“總體而言，高品位的礦石實際上已經(jīng)開采殆盡，”他說。

國際能源署估計，來自陸上礦山的關(guān)鍵礦產(chǎn)最早可能在2035年出現(xiàn)短缺。預(yù)計未來幾十年對可再生能源技術(shù)的需求將持續(xù)增長，而現(xiàn)有及擬建礦山開采的礦產(chǎn)將無法滿足預(yù)計的需求。來源：KNOWABLE MAGAZINE

陸上礦山是否足夠？

一些分析師認(rèn)為，通過開采新礦或加深現(xiàn)有礦井，可以在陸地上滿足這些需求。

位于諾丁漢的英國地質(zhì)調(diào)查局關(guān)鍵礦產(chǎn)情報中心主任加文·馬德（Gavin Mudd）表示，陸地上的礦產(chǎn)儲量并不短缺。他指出，美國地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)表明，許多關(guān)鍵金屬的儲量正在增長（儲量指目前具有經(jīng)濟開采價值且開采可行的礦床，而資源則是指已知存在于地下的地質(zhì)資源）。例如，國際能源署估計，到2040年，鋰的需求量可能高達(dá)每年150萬噸。但美國地質(zhì)調(diào)查局2025年的數(shù)據(jù)顯示，全球陸上鋰儲量為3000萬噸，資源量為1.15億噸。

馬德表示，隨著新礦床的發(fā)現(xiàn)，儲量和資源量很可能繼續(xù)增長。隨著礦產(chǎn)需求的增長，價格可能會上漲，這使得進一步開采現(xiàn)有礦山或開發(fā)新礦山變得有利可圖。

“沒有合理的依據(jù)能證明我們的鋰儲量會在短期內(nèi)耗盡，”他說。

銅和鈷等其他礦產(chǎn)也呈現(xiàn)出類似的趨勢。內(nèi)華達(dá)州礦產(chǎn)與地質(zhì)局局長西蒙·喬維特（Simon Jowitt）與穆德（Mudd）于2022年對全球鎳礦進行的評估顯示，陸上儲量和資源量預(yù)計可滿足未來100多年的需求。

但要獲取這些資源，就需要新建大量礦山——據(jù)國際能源署稱，僅為滿足電動汽車電池的需求，到2050年就需要新建85座以上的新鋰礦，到2030年則需要新建多達(dá)40座的新鎳礦。國際能源論壇（一個旨在討論能源政策的政府間組織）估計，到2050年，為支持綠色轉(zhuǎn)型，至少需要開采35座新銅礦。

一個采礦項目從啟動到投入運營可能需要十多年時間。穆德表示，為了避免進一步延誤，政府和企業(yè)必須改進采礦項目的規(guī)劃工作，否則即使在資源豐富的地區(qū)，也可能面臨礦產(chǎn)短缺的問題。

另尋他路：回收利用

英國伯明翰大學(xué)的無機化學(xué)家保羅·安德森（Paul Anderson）表示，回收電動汽車電池及其他綠色技術(shù)材料，有助于減少對新建礦山的需求。他目前正領(lǐng)導(dǎo)一個項目，致力于提升電動汽車鋰離子電池的再利用和回收效率。

關(guān)于回收利用能減少多少需求，各方估計不一。國際能源署（IEA）估計，到2050年，回收利用可使鋰和鎳的新礦開采需求減少25%，銅和鈷的需求減少40%。其他估計則認(rèn)為其影響要大得多。比利時魯汶大學(xué)（KU Leuven）研究人員2022年的一項研究表明，到2050年，回收利用可滿足歐洲40%至77%（具體比例取決于金屬種類）的清潔能源金屬需求。而加州大學(xué)戴維斯分校研究人員2025年的一份報告則估算，回收利用可將所需新建鋰礦的數(shù)量從85座減少至15座。

加州大學(xué)戴維斯分校的研究人員得出結(jié)論：各國政府需要在世界各地建設(shè)回收設(shè)施，而不僅僅是在生產(chǎn)電動車電池的地區(qū)或擁有最大電動車市場的地區(qū)。各國還應(yīng)出臺政策鼓勵回收，例如為制造商設(shè)定回收廢舊電池的目標(biāo)，并為回收廠設(shè)定從電池中提取關(guān)鍵礦物的目標(biāo)。

鋰電池回收。 圖片來源：freepikp

安德森指出，在電池及其他綠色技術(shù)的設(shè)計和生產(chǎn)過程中，回收利用往往被視為次要考慮因素，這導(dǎo)致其回收效率和效果大打折扣。“我們一心只想通過推廣技術(shù)來減少碳足跡……卻沒有考慮到將報廢管理納入設(shè)計之中，”他說。

但即便有回收利用，全球向綠色經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型仍可能依賴陸上采礦業(yè)的擴張——而這恰恰是污染最嚴(yán)重、對環(huán)境和社會破壞性最大的行業(yè)之一。研究表明，2005年至2015年間，亞馬遜雨林總損失量的9%歸咎于陸上采礦。該行業(yè)還消耗大量水資源，且往往位于缺水地區(qū)，并可能使弱勢群體面臨人權(quán)受侵害的風(fēng)險。有毒采礦廢料的泄漏會污染水道，并導(dǎo)致水生野生動物死亡。

深海損害的程度

深海采礦的支持者認(rèn)為，該行業(yè)可能引發(fā)的環(huán)境和社會問題較少。

在這幅深海采礦示意圖中，采礦車從海底采集結(jié)核，隨后通過長達(dá)數(shù)公里的立管將結(jié)核輸送至海面上的船只。研究人員提出了多種生態(tài)擔(dān)憂：采集車會將海床沉積物攪動成羽流進入水柱，這可能干擾生物的呼吸和攝食；結(jié)核開采可能將有毒金屬釋放到水體中；在通常黑暗而寂靜的環(huán)境中，采集車會造成噪音和光污染；此外，這些機器在海底移動時，還會碾壓途中的生物。來源：KNOWABLE MAGAZINE

The Metals Company表示，深海開采對環(huán)境的影響可能不像陸地開采那樣持久。該公司引用的研究指出，部分因開采而受到干擾的深海動物群落，其數(shù)量和多樣性可能在一年內(nèi)開始恢復(fù)。該公司稱，深海微生物群落可在“50年內(nèi)”從開采的影響中恢復(fù)過來。相比之下，該公司指出，陸地采礦所破壞的“能夠維持原有生物多樣性水平的新土壤和森林，其再生可能需要數(shù)百年甚至數(shù)千年”。

特拉華大學(xué)的環(huán)境系統(tǒng)科學(xué)家薩利姆·阿里（Saleem Ali）同時為聯(lián)合國提供關(guān)于關(guān)鍵金屬的研究和咨詢，他表示，深海采礦應(yīng)成為綠色轉(zhuǎn)型討論的一部分。他參與撰寫了一份由The Metals Company資助的2022年分析報告，該報告對比了陸地礦床與海底資源的采礦廢棄物。（阿里表示他從未直接接受過The Metals Company的資助。） 例如，該分析考察了陸地礦區(qū)尾礦對水污染和當(dāng)?shù)厣锒鄻有缘挠绊懀约敖Y(jié)核開采可能造成的污染，例如采收機將海底沉積物攪入水柱所產(chǎn)生的污染。分析表明，這兩種開采方式都會對生物多樣性產(chǎn)生影響，但與陸地開采相比，深海采礦產(chǎn)生的廢棄物更少，對周邊社區(qū)的風(fēng)險也更低。不過，該研究也提醒，由于沉積物羽流的影響存在“相當(dāng)大的不確定性”，其結(jié)論具有局限性。

阿里補充道，國際海底管理局已收集數(shù)據(jù)至少30年，這些數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)足以制定管理海底采礦的規(guī)章制度，即使目前尚不清楚其長期影響如何，也不清楚其環(huán)境影響是比陸上采礦更好還是更差。

“我并不是說我們應(yīng)該立即推進。我的意思是，在我們不得不做出的這些極其艱難的選擇的大背景下，這件事值得被納入考量，”他說。

但呼吁暫停或禁止開采的反對者指出，The Metals Company 所引用的證明深海生態(tài)可以“快速恢復(fù)”的那份研究，最終根據(jù)其整體數(shù)據(jù)得出了更為悲觀的結(jié)論。其作者寫道：“多金屬結(jié)核開采的影響很可能是長期的”，并且分析結(jié)果“表明，即使是在小規(guī)模的試驗性開采中，海底結(jié)核開采也會產(chǎn)生相當(dāng)嚴(yán)重的負(fù)面生物影響。” 科學(xué)家們擔(dān)心，那些適應(yīng)了黑暗、安靜且生物稀少的深海環(huán)境的生物，將難以應(yīng)對采礦帶來的噪音和光照干擾。這些生物還將暴露在有毒金屬和沉積物羽流中，這些物質(zhì)可能干擾它們的攝食和呼吸。The Metals Company并未對此做出回應(yīng)。

克拉里昂-克利珀頓斷裂帶的海底棲息著許多生物，其中部分如圖所示：海葵（左上）、海參、長尾海葵（Psychropotes longicauda）（右上）、海膽（Plesiodiadema sp.）（右下）以及海星（左下）。人類對這些深海區(qū)域的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)仍知之甚少，因此難以預(yù)判深海采礦將產(chǎn)生何種生態(tài)影響。圖片來源: ROV TEAM / GEOMAR (CC-BY 4.0）

加拿大達(dá)爾豪斯大學(xué)的深海生態(tài)學(xué)家安娜·梅塔克薩斯（Anna Metaxas）表示，鑒于這些未知因素，不應(yīng)倉促制定采礦規(guī)則。她曾作為合著者，在《環(huán)境與資源年度評論》（Annual Review of Environment and Resources）上發(fā)表了一篇關(guān)于采礦對深海生態(tài)系統(tǒng)潛在影響的2025年綜述。梅塔克薩斯參與了“深海管理倡議”（Deep-Ocean Stewardship Initiative），這是一個旨在為深海政策和治理提供信息支持的非營利性國際專家網(wǎng)絡(luò)。她表示，此前她曾與陸地和深海采礦領(lǐng)域的專家共同領(lǐng)導(dǎo)一個項目，旨在制定一個用于比較陸地與海底采礦環(huán)境影響的框架。但在2024年，她和她的合著者得出結(jié)論，目前數(shù)據(jù)過于匱乏，無法進行此類比較。

“我們的知識空白確實很大。”德國亥姆霍茲基爾海洋研究中心（GEOMAR）的海洋生物地球化學(xué)家馬蒂亞斯·海克爾（Matthias Haeckel）表示贊同。他隸屬于一個由30名研究人員和技術(shù)專家組成的團隊，該團隊受國際海底管理局委托，將于2024年著手制定用于監(jiān)測和評估采礦影響所需的指標(biāo)。該小組研究了重金屬等物質(zhì)的毒性、采礦機械攪動沉積物產(chǎn)生的渾濁度，以及水下噪音和光污染等問題。預(yù)計他們將于今年晚些時候提交標(biāo)準(zhǔn)和指南的第一稿。

尋求答案——而且要盡快

國際海底管理局理事會——該組織的執(zhí)行機構(gòu)——于3月初在牙買加召開會議，并將于7月再次召開會議，以討論并可能通過采礦條例。The Metals Company仍在等待美國方面批準(zhǔn)，以便在克拉里昂-克利珀頓區(qū)開展商業(yè)開采。但該公司表示，預(yù)計將在今年年底前獲得許可，并隨后立即開始開采。

與此同時，像海克爾這樣的科學(xué)家正爭分奪秒地組織更多可靠航次，以提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為關(guān)于海底采礦及采礦法規(guī)未來的決策提供依據(jù)。海克爾正領(lǐng)導(dǎo)一個名為“采礦影響（MiningImpact）”的歐洲項目，該項目將于今年晚些時候重返2021年的研究地點——當(dāng)時該項目曾對比利時DEME公司旗下子公司Global Sea Mineral Resources進行的部分采礦測試進行過監(jiān)測。“采礦影響（MiningImpact）”項目的第三階段旨在觀察五年后的生態(tài)系統(tǒng)狀況，并促進人們對深海生態(tài)系統(tǒng)的進一步了解。

“克拉里昂-克利珀頓頓斷裂面積廣闊，其中仍有許多未解之謎，”海克爾說。他質(zhì)疑，既然科學(xué)家們幾乎還不清楚那里棲息著哪些生物，也不了解它們之間的相互作用，又如何能對該地區(qū)的采礦活動進行有效監(jiān)管。

作者：Natasha Gilbert

翻譯：zzz

審校：姬子隰

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編輯：姬子隰

翻譯內(nèi)容僅代表作者觀點

不代表中科院物理所立場