تلاش صنایع معدنی برای استخراج فلزات گران‌بها از کف اقیانوس، یکی از بحث‌برانگیزترین پرونده‌های صنعتی معاصر است. موافقان این طرح‌ها مدعی هستند که برداشت کبالت و نیکل از اعماق آب، آسیب کمتری نسبت به معادن خشکی به محیط زیست وارد میکند. با این حال، نتایج بررسی‌های علمی روی عملیات استخراج از اعماق دریا نشان می‌دهد که برهم خوردن بستر اقیانوس، چرخه‌های حیاتی میکروبی را بلافاصله دچار اختلال‌های عمیق بیوشیمیایی میکند.
حیات ارگانیسم‌های میکروبی در لایه‌های زیرین آب، شالوده اصلی چرخه مواد مغذی در سراسر اقیانوس‌ها محسوب میشود. زمانی که تجهیزات مکانیکی بستر دریا را برای جمع‌آوری کانسارهای فلزی دگرگون می‌کنند، تعادل شیمیایی آب اطراف به سرعت تغییر میکند. این تغییرات ممکن است جریان طبیعی انتقال عناصر غذایی را متوقف سازد و زنجیره‌های اکولوژیک وابسته به این چرخه‌ها را در معرض خطر قرار دهد.
تمرکز شرکت‌های بزرگ تجاری بر منابع کف اقیانوس به دلیل تقاضای رو به رشد برای ساخت باتری‌های ذخیره انرژی و وسایل نقلیه الکتریکی شکل گرفته است. کبالت یکی از کلیدی‌ترین مواد اولیه در کاتد این باتری‌ها است و بخش عظیمی از ذخایر کشف‌نشده آن روی کوه‌های دریایی قرار دارد. با وجود این جذابیت اقتصادی، پیامدهای اکولوژیک دستکاری این محیط‌های دست‌نخورده تا کنون به صورت دقیق سنجیده نشده بود.
عملیات معدن‌کاری در تاریکی مطلق اعماق آب با روش‌های معمول خشکی تفاوت بنیادین دارد. ماشین‌آلات سنگین باید سنگ‌های حاوی فلزات را در شرایط فشار خرد کنند و ذرات حاصل را به سمت کشتی‌های مستقر در سطح دریا هدایت نمایند. این فرایند خردایش فیزیکی، حجم انبوهی از رسوبات معلق را در لایه‌های آب رها میکند و پایداری محیطی آب‌های پیرامون را به شدت برهم می‌زند.
پیامدهای بیولوژیکی استخراج از اعماق دریا بر ارگانیسم‌های میکروبی
دانشمندان آکادمی علوم چین در پژوهشی که نتایج آن در مقاله علمی نشریه Total Environment Microbiology به چاپ رسیده است، داده‌های یک آزمایش میدانی در سال 1399 خورشیدی را بررسی کردند. این آزمایش در عمق حدود 1300 متری دریای جنوبی چین برای خرد کردن و برداشت سنگ‌های غنی از کبالت اجرا شده بود. در این عملیات، صخره‌های سخت پیش از انتقال به سطح آب، مستقیما روی بستر دریا خرد شدند و ابری غلیظ از رسوبات معلق در ستون آب به وجود آوردند.
پژوهشگران برای درک اثرات این عملیات، با استفاده از زیردریایی‌های سرنشین‌دار در فواصل 0، 30 و 50 متری بالای بستر دریا به نمونه‌برداری دقیق از آب پرداختند. آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داد که غلظت و توزیع مواد مغذی معدنی به ویژه نیتروژن و سیلیکات دستخوش تغییرات بنیادین شده است. سیلیکات و نیتروژن پایه‌های شیمیایی اصلی برای رشد و بقای میکروارگانیسم‌ها هستند و تغییر در غلظت آن‌ها، ساختار غذایی منطقه را دگرگون میکند.
تحلیل‌های ژنتیکی انجام‌شده روی دی‌ان‌ای استخراج‌شده از سطح صخره‌ها و آب‌های اطراف، ابعاد نگران‌کننده‌تری از این پدیده را روشن ساخت. دانشمندان متوجه شدند که با آغاز خردایش سنگ‌ها، فراوانی ژن‌های مربوط به فرایند تثبیت نیتروژن و کاهش نیتریت به شدت افت کرده است. این کاهش ژنتیکی در نمونه‌های جمع‌آوری‌شده از مجاورت مستقیم کف دریا بیشترین شدت را نشان داد، جایی که فعالیت باکتری‌های تجزیه‌کننده بیش از هر نقطه دیگری اهمیت دارد.
تثبیت نیتروژن فرایندی ضروری است که طی آن باکتری‌ها نیتروژن غیرقابل مصرف را به ترکیبات زیستی قابل جذب برای سایر موجودات زنده تبدیل می‌کنند. سرکوب ژن‌های مربوط به این فرایند به معنای مسدود شدن کانال تولید ماده آلی در لایه‌های عمیق است. زمانی که باکتری‌ها توانایی سنتز این ترکیبات را از دست بدهند، سایر گونه‌های وابسته به این لایه‌های زیستی نیز در بلندمدت با کمبود منابع متابولیک مواجه خواهند شد.
هم‌زمان با افت ژن‌های تثبیت نیتروژن، ژن‌های مربوط به فرایند نیتروژن‌زدایی و کاهش سولفات به شکلی سریع و فراگیر افزایش یافتند. این دو واکنش بیوشیمیایی نشان‌دهنده تغییر جهت محیط به سمت شرایط کم‌اکسیژن و بی‌هوازی هستند. پاشش گسترده رسوبات ریز در ستون آب، اکسیژن محلول را برای اکسیداسیون مواد آلی معلق مصرف میکند و محیط مناسبی برای رشد باکتری‌های بی‌هوازی فراهم می‌آورد که تعادل گازهای حل‌شده در آب را به هم می‌زنند.
خطرات فیزیکی و شیمیایی برخورد با این سنگ‌ها به ستون آب محدود نمی‌شود. همان‌طور که در گزارش تحلیلی مربوط به خطرات اشتعال خودبه‌خودی سنگ‌های بستر دریا مورد بحث قرار گرفته است، ترکیبات سولفیدی این سنگ‌ها پس از خروج از آب در تماس با اکسیژن رفتارهای واکنش‌پذیر خطرناکی نشان می‌دهند. این مسائل نشان می‌دهد که هر مرحله از جابه‌جایی این مواد، چه در اعماق آب و چه در سطح کشتی، با چالش‌های ناشناخته روبه‌رو است.
ابهامات علمی و ریسک‌های اکولوژیک در اعماق تاریک اقیانوس
بررسی دقیق پیامدهای استخراج در عمق 1300 متری مستلزم درک شرایط خاص زیست‌محیطی این ناحیه است. در این اعماق تاریک، هیچ اثری از نور خورشید وجود ندارد و فرایند فتوسنتز انجام نمی‌شود. بنابراین ابری شدن آب به دلیل معلق شدن رسوبات، مانع فتوسنتز گیاهی نمی‌شود، بلکه آسیب‌ها کاملا ناشی از به هم ریختن چرخه‌های ژنتیکی باکتری‌ها، کاهش اکسیژن محلول و تغییر تعادل اسیدی و یونی بستر دریا است.
با وجود دستاوردهای مهم پژوهشگران، این مطالعه با محدودیت‌های داده‌ای مشخصی روبه‌رو است که باید مد نظر قرار گیرد. در گزارش منتشرشده، فاصله زمانی دقیق بین نمونه‌برداری اولیه و نمونه‌برداری حین استخراج مشخص نشده است. این کمبود داده باعث میشود نتوان با قاطعیت درباره سرعت دقیق این تحولات ژنتیکی و شیمیایی در مقیاس چند ساعت یا چند روز اظهار نظر قطعی کرد.
موضوع نامشخص دیگر، توانایی سیستم برای بازیابی تعادل زیستی پس از پایان عملیات صنعتی است. هیچ داده‌ای در دست نیست که نشان دهد آیا پس از فرونشست ذرات گل و رسوب بر کف دریا، جمعیت‌های میکروبی به ساختار ژنتیکی اولیه خود بازمی‌گردند یا این جهش بیوشیمیایی ماندگار خواهد بود. شرایط دمایی بسیار سرد و فشار فوق‌العاده بالا در بستر اقیانوس، فعالیت متابولیک را کند میکند و این کندی ممکن است بازسازی اکوسیستم را برای دهه‌ها به تاخیر بیندازد.
اهمیت این پدیده زمانی روشن‌تر میشود که موقعیت جغرافیایی دریای جنوبی چین را در نظر بگیریم. جریان‌های اقیانوسی صعودی در این منطقه، آب‌های غنی از املاح را از لایه‌های عمیق به سطح می‌آورند و زنجیره غذایی شیلات را پایدار نگه می‌دارند. معیشت حدود 3.7 میلیون نفر به این ذخایر صیادی گره خورده است. با این حال، شواهد علمی هنوز هیچ پیوند مستقیمی میان این آزمایش موضعی در عمق 1300 متری و آسیب به ذخایر ماهی ساحلی ثبت نکرده‌اند و نباید چنین ادعای اثبات‌نشده‌ای مطرح شود.
علاوه بر جنبه‌های زیستی، استهلاک و خرابی مکانیکی تجهیزات خردایش سنگ در فشارهای شدید زیر آب یک چالش مهندسی حل‌نشده است. قطعات مکانیکی در این محیط با فرسایش شدید، ورود ذرات ساینده به اتصالات و خوردگی الکتروشیمیایی سریع روبه‌رو هستند. بروز هرگونه عیب هیدرولیکی یا نقص در سازه، علاوه بر ریسک نشت مواد آلاینده به آب، مستلزم توقف کامل کار و بالا کشیدن پرهزینه ماشین‌آلات به سطح اقیانوس خواهد بود.
توجیه مالی و تغییرات بازار باتری در برابر برداشت کبالت
اگرچه عملیات تجاری استخراج بستر دریا هنوز به شکل رسمی در هیچ کجای جهان آغاز نشده است، اما رقابت‌های دیپلماتیک و شرکتی شدت یافته است. مرجع بین‌المللی بستر دریا تاکنون 31 قرارداد اکتشافی برای نواحی گوناگون صادر کرده که 5 مورد آن در اختیار نهادهای چینی است. هم‌زمان در آمریکا نیز اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده تقاضای شرکت The Metals Company را برای اکتشاف در منطقه کلاریون-کلیپرتون واقع در اقیانوس آرام بررسی میکند.
با وجود این مسابقه برای ثبت محدوده، گزارش‌های اقتصادی تصویر بسیار محتاطانه‌ای ترسیم می‌کنند. ارزیابی مالی موسسه مشاوره‌ای Koinon Consulting نشان می‌دهد که سرمایه‌گذاری در بخش استخراج از اعماق اقیانوس ممکن است به میلیاردها دلار زیان مالی منتهی شود. جانی وست، تحلیل‌گر ارشد این مجموعه، در گفتگو با نشریه Oceanographic تاکید کرده است که بازدهی پیش‌بینی‌شده برای این پروژه‌ها تناسبی با حجم سرسام‌آور خطرات فنی، عملیاتی، اکولوژیک و نوسانات قیمت مواد معدنی ندارد.
ریشه اصلی این بن‌بست اقتصادی به تحول سریع شیمی باتری‌ها در صنعت خودرو برقی مربوط میشود. تا چند سال پیش، پیش‌بینی می‌شد کاتدهای حاوی کبالت و نیکل بالا تنها راهکار ساخت باتری با پیمایش مناسب باشند. با این حال، پذیرش گسترده باتری‌های لیتیوم آهن فسفات و ظهور سلول‌های سدیم-یون که بدون نیاز به کبالت ساخته می‌شوند، تقاضای آتی برای این فلز گران‌قیمت را به شدت تعدیل کرده است.
تغییر راهبرد خودروسازان بزرگ به سمت کاهش وابستگی به کبالت، مفروضات اقتصادی شرکت‌های استخراج دریایی را دگرگون میکند. این شرکت‌ها پروژه‌های میلیارد دلاری خود را بر مبنای قیمت‌های فرضی بسیار بالا برای کبالت طراحی کرده بودند. اگر قیمت بازار به دلیل عرضه فناوری‌های جایگزین کاهش یابد، پروژه‌های دریایی که هزینه‌های استهلاک و لجستیک فوق‌العاده سنگینی دارند، قادر به رقابت با معادن سنتی خشکی نخواهند بود.
ناوگان‌های اقیانوسی برای حفظ استخراج مداوم با چالش‌های جوی مداوم، امواج خروشان و پنجره‌های زمانی محدود عملیاتی روبه‌رو هستند. متوقف ماندن یک کشتی عظیم استخراجی به دلیل شرایط نامساعد دریا یا شکستگی لوله‌های انتقال عمودی، روزانه صدها هزار دلار هزینه روی دست شرکت‌ها می‌گذارد. چنین ریسک‌های عملیاتی بالایی، هزینه استخراج هر تن فلز را بسیار بالاتر از پیش‌بینی‌های روی کاغذ می‌برد.
در چنین شرایطی، سرمایه‌گذاران بین‌المللی با این پرسش بنیادین مواجه هستند که آیا پرداخت هزینه‌های سنگین زیست‌محیطی برای دستیابی به فلزاتی که شاید در دهه آینده کاربرد اصلی خود را از دست بدهند، منطقی است؟ سخت‌گیری‌های روزافزون معاهدات حفاظت از دریاهای آزاد و افزایش تردیدهای نهادهای مالی نشان می‌دهد که استخراج تجاری از کف اقیانوس ممکن است پیش از رسیدن به سوددهی، با موانع قانونی و مالی غیرقابل عبوری متوقف شود.
