Добыча полезных ископаемых со дна моря карта

Эти гигантские машины весом в сотни тонн поражают воображение.

Корабль длиной свыше 200 метров находится у побережья Папуа-Новой Гвинеи. Но этот зверь не является звездой шоу, он — только управляющая платформа для трио еще более колоссальных роботов, которые собираются предпринять миссию на морское дно.

Их цель — «Солвара-1», участок с содержанием серебряных и медных отложений в концентрации, более чем в десять раз превышающей ту, что вы найдете на суше. Морская вода нагревается тут примерно до 400 градусов Цельсия из-за вулканической активности. Поднимаясь со дна, струи этого суперкипятка смешиваются с холодной морской водой. В местах подобной активности и обнаруживаются месторождения, называемые массивными сульфидами морского дна.

Канадская компания Nautilus Minerals готовится в течение многих лет, чтобы начать добычу в этом труднодоступном месте. «Все, что вы делаете на суше, в десять раз сложнее делать под водой», — говорит партнер «Наутилуса», управляющий директор направления ROV Systems в компании Soil Machine Dynamics Марк Коллинз.

Разработка «Солвары-1» — непростая задача, над которой будут трудиться три машины, наименьшая из которых весит более 200 тонн.

Надводная часть

Судно для поддержки подводной добычи управляет не только тремя гигантскими буровыми машинами, но и более мелкими разведчиками, которые отправятся на морское дно в первую очередь. У корабля есть отверстие, через которое через кабели и трубы осуществляется сообщение с этими роботами.

Как и другие гусеничные транспортные средства, эти машины управляются с судна джойстиками, контролирующими скорость каждой гусеницы. Роботы-разведчики имеют по семь камер, по девять сонаров, смотрящих в разные стороны, и множество датчиков, включая гироскопы, акселерометры и датчики позиционирования.

Как только машины доберутся до места назначения, другие датчики помогут им осуществить сбор образцов. У роботов есть даже подводный микрофон, называемый гидрофоном, который позволяет оператору на корабле слышать звуки режущей головки с морского дна.

Отправка разведчиков

Один из роботов-разведчиков — торпедообразный подводный аппарат «Бездна» длиной 4 метра и весом чуть меньше тонны. Он способен осуществлять миссии в соответствии с заранее запрограммированным планом, опускаться на глубину свыше 9 километров и работать круглосуточно.

На борту «Бездны» находятся два типа инструментов для съемки. Первый — это сонар, считывающий контуры и ландшафтные особенности морского дна. Второй — чувствительный магнитометр, который работает как металлоискатель. Металлические руды искажают магнитное поле Земли, и геодезисты могут составить полную магнитную карту потенциального участка для добычи, на которой будет видно местоположение наиболее концентрированных месторождений.

Благодаря мощным клещам для сбора минеральных образцов, «Бездна» может установить сверло для сбора образцов породы. Также у нее есть «рука» — достаточно ловкая для того, чтобы поместить образцы в накопительный паз. Рука чувствительная настолько, что может переложить с места на место даже улитку, не повредив ее.

Этот же автомат показывает, из чего состоит взятый образец. Если все в порядке, на место вызываются роботы побольше.

Вспомогательный резак: Первопроходец

В первую очередь это 250-тонный вспомогательный резак, построенный британской компанией Soil Machine Dynamics. Он использует технологию, аналогичную той, что применяется для прокладки кабелей и других коммуникаций по морскому дну. Его миссия — подготовить площадку для робота-добытчика.

«У вас много подводных особенностей местности — скалы, карманы, обнажения, которые вы не можете обойти, — говорит Коллинз. — Это как отправить танк вниз по каменистому пляжу. Он может просто куда-нибудь завалиться». 

Способный намертво закрепляться на неровной поверхности, вспомогательный резак, управляемый оператором, полностью освобождает дно от неровностей и уступает место следующей машине.

Основной резак: Большой зверь

310-тонный основной резак — самый большой из трех роботов-монстров. Как другие, он имеет электропривод и соединен с поверхностью длинным пуповинным кабелем. Он не такой устойчивый, как вспомогательный резак, поэтому передвигается очень и очень осторожно. Наезд его гусеницы на выступающую скалу, или, что еще хуже, опрокидывание, стало бы катастрофой. Максимальная скорость Большого зверя составляет всего 800 м/ч, но де факто он двигается еще медленнее.

«Это похоже на вождение бульдозера с помощью пульта дистанционного управления с отдельными джойстиками для левой и правой гусениц, — говорит Стеф Капусняк, директор Soil Machine Dynamics. — А теперь представьте, что все это делается еще и вслепую».

Видимость может быть нулевой из-за выбросов во время резки, поэтому пилоты полагаются на гидролокатор и инерциальную навигацию.

Особенность 14-метрового робота — огромный режущий барабан, построенный шведской компанией Sandvik, и аналогичный тем, что используются для проходческих работ в угольных шахтах. Барабан приводится в действие двумя моторами по 800 лошадиных сил, и напрочь выгрызает подготовленную поверхность.

Руда превращается в гравий и остается на морском дне в ожидании прихода третьего и заключительного участника спецоперации.

Уборочная машина: Супервсасыватель

Этот робот — гигантский пылесос дноуглубительным резаком, расположенным на конце его стрелы. Оператор использует для того, чтобы взбалтывать кучи породы, раскрошенной двумя предыдущими роботами, далее эта масса всасывается и, проходя через три 440-сильных насоса, передается по шлангам на поверхность.

Очень важно поддерживать правильную концентрацию руды в шламовой смеси. Если ее слишком мало, вы занимаетесь сверхдорогой перекачкой воды. Если слишком много — шланги засоряются, и все останавливается. Так что одна из задач уборочной машины — это добиться идеальной смеси.

Поднятая на вспомогательное судно суспензия высыхает, и далее начинает работать усовершенствованная автоматизированная система ее обработки. С помощью двух конвейерных лент, ковшовых элеваторов, и выдвижных шлангов руда перегружается в трюм судна, пришвартованного рядом. Далее оно транспортирует руду в Китай для плавки.

На суше или на море?

Проведя несколько экспертиз совместно с университетами и экологическими организациями, Nautilus Minerals утверждает, что ее горнодобывающая деятельность наносит гораздо меньший вред окружающей среде в сравнении с сопоставимой наземной разработкой.

Открытие новой шахты под водой может оказаться гораздо проще, чем на суше из-за получения меньшего количества необходимых разрешений. При этом исследования показывают, что морское дно быстро восстанавливается после ухода машин.

Станет ли такой тип добычи полезных ископаемых нашим будущим — пока большой вопрос. Но если проект будет успешным, это будет означать создание совершенно новой горнодобывающей промышленности, с рабочей силой в виде гигантских роботов, упорно работающих на морском дне.

Techdiver.ru

Сегодня сырьевого снабжения требуют даже те технологии, которые должны сократить нефтяную зависимость и свести к минимуму выбросы в окружающую среду, начиная от теллура для солнечных батарей, заканчивая литием для электромобилей.

Дно океана буквально устлано этими и многими другими редчайшими элементами.

Дело за малым — преодолеть тысячи метров под водой, где нет света, а температура горячих источников достигает 350 С, тем не менее, там есть удивительная жизнь.

Речь идёт о технологиях, которых человечество ещё не видело: роботы размером с двухэтажный дом, гигантские суда и насосы, способные преодолевать давление абиссальной зоны.

Что скажет океан в ответ на такое вмешательство, будет загадкой до тех пор, пока машины не коснутся дна.

В ближайшие десятки лет ресурсы полезных ископаемых на суше будут исчерпаны.

Это одна, но не единственная причина необходимости освоения минеральных ресурсов океана – считает профессор СПбГУ Георгий Черкашёв.

Более того, добываются всё более бедные руды, океан же несравнимо богат по содержанию компонентов: меди, золота, марганца и других. Чтобы извлечь со дна то же количество металла, нужно меньшее количество руды – это более выгодно с точки зрения добычных процессов.

«Один из аспектов — технологический. Раньше говорили, что нет технологий, сегодня они – и разведочные и добычные, уже имеются, так что за технологией дело не встанет.

Дело в том, что Россия и 160 стран ООН подписали Конвенцию по морскому праву. Согласно ей, в пределах международного района по морскому дну каждая страна может заявлять участки на проведение разведочных и в дальнейшем добычных работ.

Но поскольку количество этих участков в океане ограничено, нужно торопиться, чтобы занять самые интересные, перспективные с точки зрения ресурсов участки, заявить их.

Ждать нельзя, с этим нужно торопиться.

Как говорят, передел мира закончился — вот сейчас происходит передел океана, незаметно, но идёт.

Это геополитическая гонка», — рассуждает заместитель генерального директора ВНИИОкеангеология, профессор СПбГУ, член Юридической и Технической комиссии МОМД Георгий Черкашёв.

Во глубине океанских руд

Речь идёт о твёрдых минеральных ресурсах глубоководного океана – это полезные ископаемые в виде руды.

Они делятся на три принципиально разных типа, каждый из которых занимает свой уровень глубины и образует уникальные экосистемы.

Железомарганцевые конкреции образуются на океаническом ложе в 4-5 километрах от поверхности – эту часть дна океана ещё называют абиссальными равнинами.

Кобальт-марганцевые корки залегают на подводных горах, на глубине от 800 метров до 1,5-2 километров.

Полиметаллические сульфидные руды зарождаются на Срединно-океанических хребтах и в районе островных дуг, на глубине 2-3 км.

С точки зрения окружающей среды эти три вида ресурсов находятся в разных биотопах, каждый из которых представляет собой уникальную экосистему.

Например, полиметаллические сульфидные руды образуются там, где на дне бьют гидротермальные источники — чёрные курильщики.

«Месторождения, образованные чёрными курильщиками, были открыты только во второй половине ХХ века.

Они формируются на границах двух океанических литосферных плит.

Когда в мантии поток поднимается от ядра к земной коре, он, упираясь в земную кору, начинает раздвигать, расходиться в разные стороны, тем самым утягивая за собой литосферные плиты. В местах расхождения магма беспрепятственно может выходить на поверхность. На этих участках — так называемых Срединно-океанических хребтах, и формируются чёрные курильщики.

Это подводные вулканы, из жерл которых с очень большой температурой — около 300 градусов, вырывается вода чёрного цвета с большим содержанием соединений серы, называемых сульфидами.

Самый распространённый — сульфид железа, который называется пирит.

Минерал в кристалле имеет один цвет — золотой, а в порошке — другой. Именно он и окрашивает воду в чёрный цвет.

Кроме того, сера несёт с собой большое количество металлов, в том числе, тяжёлых, начиная от железа, меди и цинка, заканчивая благородными металлами: золото, серебро и другие.

То есть, это достаточно перспективные участки для разработки.

Их не так много, как железомарганцевых конкреций, однако рядом с курильщиками залегает очень богатая руда, так как формируются осадки с высоким содержанием тех или иных металлов», — рассказывает кандидат технических наук, доцент кафедры Геологии и маркшейдерского дела МИСиС Василий Ческидов.

_____

«Самые важные и интересные открытия, связанные с «чёрными курильщиками», были сделаны за последние 40 лет.

Эти открытия абсолютно поменяли наше представление об океане.

Например, мы узнали, что жизнь может развиваться без фотосинтеза — на основе хемосинтеза, то есть, энергии химических соединений, которые поступают из недр земли.

Что касается абиссальных равнин, океанического ложа — это, казалось бы, очень глубоко, далеко, и на глаз может показаться, что там жизни немного, но, на самом деле, там находится одна из самых богатых на планете экосистем с богатейшим видовым разнообразием.

По некоторым оценкам, оно сопоставимо с влажными тропическими лесами, где, как известно, самое высокое биологическое разнообразие, только на суше.

А в океане — это коралловые рифы и глубоководные экосистемы», — отмечет доктор биологических наук, руководитель Лаборатории донной фауны океана, главный научный сотрудник ИО РАН им. П.П. Ширшова Андрей Гебрук.

Что будет с океаном?

Экологический аспект — важнейшая составная часть проектов освоения глубоководных минеральных ресурсов.

Обеспечение баланса между экономической целесообразностью и экологией — основная задача Международного Органа по Морскому Дну (МОМД), который контролирует проведение разведочных, а в дальнейшем — добычных работ.

«Во всём мире в настоящее время ведется обширная работа по изучению вариантов смягчения воздействия глубоководной добычи на окружающую среду.

В США Национальное управление океанических и атмосферных исследований провело разведочные и картографические работы у побережья Гавайских островов.

Европейский союз внес миллионы долларов в такие проекты, как MIDAS (Управление воздействиями глубоководных ресурсов) и Blue Mining, международный консорциум из 19 отраслевых и исследовательских организаций», — сообщает издание The Guardian.

Специалисты из области геологии утверждают, что, учитывая локальные размеры потенциальных месторождений — в особенности это касается сульфидных руд с размерами рудных полей в первые сотни метров, воздействие на окружающую среду будет иметь локальный характер.

«Ущерб будет очень небольшим прежде всего из-за эффекта масштаба.

Участки отработки на дне несоизмеримо малы по сравнению с общими размерами дна Мирового океана.

Например, площадь нашего пилотного проекта Solwara 1 составляет всего 59 квадратных километров», — убедительно сказал в интервью журналу «Редкие земли» вице-президент канадской компании Nautilus Minerals Джон Парианос.

Однако экологи во всём мире всерьёз обеспокоены: они опасаются, что вмешательство представляет потенциальную опасность из-за светового и шумового загрязнения. Океанское дно играет важную роль в биосфере Земли: регулирует глобальные температуры, хранит углерод и обеспечивает среду обитания для огромного множества живых существ.

Промышленность развивается быстрее, чем наука. Поэтому учёные настаивают на том, что прежде, чем начинать какую-либо промышленную активность, нужно лучше изучить глубоководный мир, о котором мы крайне мало знаем.

«Жизнь на земле зависит от океана, он производит и существенную долю кислорода на планете, и огромную биологическую продукцию.

Если это всё нарушить, последствия будут непредсказуемыми.

И это будет посерьёзнее, чем любые карьерные разработки на суше или даже давно ведущийся промысел на шельфе.

Там всё ближе и понятней, поэтому легче контролировать.

Мы видим, что там происходит.

Мы знаем про катастрофы, которые там случаются и их последствия.

И мы знаем, что эти системы хоть и за долгие годы, но восстанавливаются.

А вот что произойдёт на большой глубине, не знает никто, поэтому вторгаться в систему, которую мы ещё не изучили и не поняли — смертельно опасно для человечества.

Может быть, звучит очень пафосно, но это правда: последствия могут быть совершенно катастрофические и непоправимые», — предполагает Андрей Викторович.

Казалось бы, прогнозы неутешительные. Однако сегодня есть проекты для разработки чёрных курильщиков, которые уже потухли.

Как только там прекращается гидротермальная деятельность, вся экосистема быстро гибнет — исчезает источник питания для микроорганизмов — основы пищевой цепи.

Пока есть большие основания считать, что человечество всё же начнёт хозяйствовать в глубина океана.

Как скоро процесс из этапа разведки перейдёт к этапу добычи?

«Это будет ясно после проведения первых испытаний, которые запланированы на ближайшие годы.

МОМД выпускает правила, но сегодня существуют только правила по разведочным работам.

А по добычным работам правила ещё не утверждены и находятся пока на стадии подготовки.

Ожидается, что к 2021 году они будут приняты. До этого момента никакой добычной активности в Международном районе морского дна точно не будет.

Однако в рамках разведочных контрактов все контракторы обязаны приступить к испытаниям своей добычной техники.

Можно сказать, какие-то элементы в виде испытаний уже начинаются. В частности, немецкие и бельгийские контракторы уже в следующем году пойдут в Тихий океан и будут испытывать элементы своих добычных систем.

Также компания Nautilus Minerals имеет добычной комплекс стоимостью 0,5 млрд. У них в планах — к концу 2019 года начать добычные работы.

Но они будут проводиться не в Международном районе морского дна, а в экономической зоне островного государства Папуа Новая Гвинея, а это другой юридический статус, и к той деятельности МОМД отношения не имеет», — отмечает г-н Черкашёв.

За время разведки учёным удалось выявить зону, максимально отвечающую основным требованиям эффективной разработки конкреций.

Она расположена в Тихом океане между 6 и 20° с.ш. и примерно 180 и 120° з.д. и занимает площадь около 6 млн. км2.

По предварительным расчётам, менее половины «живущих» там конкреций могут дать 85 млн. тонн никеля, 65 млн. тонн меди и 1700 млн. тонн марганца.

«В Тихом океане два огромных участка, а том числе, участок Кларион-Клиппертон, на площади которого развёрнут достаточно крупный проект, который возник достаточно давно.

Туда входят Россия, Китай, Южная Корея и другие государства, которые как раз занимаются разработкой технологии изучения этих месторождений и технологией, как их добывать.

Ряд стран имеют определённые успехи. Но сегодня ни одно государство не приблизилось к созданию этой технологии. Глубина более четрёх километров

. В России был опыт добычи железомарганцевых конкреций — не с таких глубин.

Этот проект возник где-то в 2007 году, разрабатывали в Финском заливе в Санкт-Петербурге. Но, к сожалению, этот проект сегодня свернули из-за нерентабельности.

Дорого, самые большие затраты приходятся на подъём.

Разрыхлить, собрать — проблема решённая. А вот поднять — остаётся задачей», — рассуждает Василий Ческидов.

Перспективы глубоководной добычи

Среди преимуществ добычи полезных ископаемых со дна океана называют отсутствие необходимости строительства карьеров, шахт и инфраструктуры в целом, потому что на суше месторождения локализованы не на поверхности, а в недрах на разной глубине, океанские же руды залегают непосредственно на поверхности дна.

Сегодня зарубежные и отечественные учёные обнаружили в Мировом океане около 50 районов развития глубоководных полиметаллических сульфидных руд.

В разведке участвуют учёные и технологи из Южной Кореи, Индии, Германии, России, Франции, Китая и Польши.

Особый интерес представляет область добычи полиметаллических конкреций.

Здесь самая высокая конкуренция, например, бельгийская компания DEME имеет самую передовую технологию добычи.

Все работы будут роботизированы.

В добыче будут задействованы многолучевые эхолоты, буксируемые и автономные аппараты, глубоководные буровые установки и прочее.

По словам экспертов, главная причина, по которой добыча ещё не началась — пока это весьма и весьма дорого. Поэтому добычная система должна быть задействована на долгосрочные контракты на объектах с высокими ресурсными показателями. Она должна обслуживать нескольких контракторов для удешевления добычных операций.

Также компаниям нужно стремиться к созданию менее дорогих технологий добычи и переработки сырья.

Участие России

«Разведочные работы проводятся по трём контрактам с МОМД.

Два из них — на работы по КМК (Тихий океан) и ГПС (Атлантика) подписаны Минприроды РФ, ещё один на ЖМК (Тихий океан) — АО Южморгеология.

Непосредственно геологоразведочные работы проводят 2 организации: АО Южморгеология (ЖМК, КМК) и АО ПМГРЭ (ГПС). Институт ВНИИОкеангеология обеспечивает научно-методическое сопровождение ГРР. По всему океану существует 30 контрактов, 3 из которых принадлежат России», — объясняет г-н Черкашёв.

Зона особых интересов России охватывает Магеллановы горы. Там сосредоточено 1,83 млрд тонн руды кобальто-марганцевых корок, содержащих 9,9 млн тонн кобальта и 380 млн тонн марганца.

«Фактически на сегодняшний день в России нет ни одного крупного месторождения марганца на суше, которое мы могли бы разрабатывать.

Есть отдельные небольшие месторождения, но это экономически нецелесообразно.

Стратегический для России марганец является дефицитным.

Поэтому Россия одна из первых включилась в решение проблем создания технологий по добыче железомарганцевых конкреций и кобальтсодержащих корок.

Кроме того, государства постоянно конкурируют между собой.

Если какая-то из стран научится быстро и дёшево добывать полезные ископаемые на огромной территории в Тихом океане, она станет лидером.

И чтобы лидера далеко не отпускать, все эти страны вынуждены идти в ногу со всеми, быть в тренде», — говорит Василий Ческидов.

Справка:

Посредине всех океанов проходит огромная океаническая трещина. В этих частях происходит расширение океанического дна.

Жёсткие океанические плиты, пластины толщиной около 5-7 километров, накрывающие вязкий пластичный материал мантии, раздвигаются, и через трещины поступают на поверхность мантийные расплавы материалы с глубин примерно 6-8 километров.

При этом образуется так называемая рифтовая система с характерной рифтовой долиной.

Это напоминает горную долину, в которой движущийся ледник выпахал террасы, спрямил русло, выработал полого-вогнутое дно и крутые склоны к нему. Края долины приподняты, в середине – впадина, на отдельных участках ширина составляет до нескольких десятков километров. Как змея она извивается через все океаны.

Эти структуры — часть системы Срединно-океанических хребтов. На всех картах — космических или топографических — видна приподнятая часть, борта впадин, они находятся на глубине порядка двух километров.

Дно Срединно-океанического хребта внутри трога (рифтовой долины, от немецкого «trog» — корыто) достигает глубины трёх-четырёх километров.

В некоторых участках этого хребта — отдельные сектора, где извергаются вулканы и происходят землетрясения.

Но самое главное, там развиты флюидные системы, где выходят газ и вода под высоким давлением, которые содержат в распылённом состоянии в виде коллоидной смеси частички окислов железа, марганца, сульфиды меди, цинка, никеля.

Они называются «чёрные курильщики», так как образуют под водой подобие чёрного дыма.

Постепенно вокруг такого источника наращиваются минеральные стенки, могут возникать и фигуры в виде столбов, поднимаясь на высоту до 20 метров. А потом этот «курильщик» в виде твёрдого минерального скелета падает на дно рудного поля.

На расстоянии десятков метров от дна дым сливается в сплошное чёрное облако. Когда аппарат проходит в этих непрозрачных из-за тонкой взвеси водах, даже луч прожектора их не пробивает. При этом на дне выделяется белый искрящийся минерал ангидрид, который покрывает чёрные базальты.

На глубине около 3 километров, в районе «курильщиков», где предельно высокая температура, кипит бурная жизнь: ползут крабы, видны мириады креветок.

Стоит «курильщику» исчезнуть, всё погибает.

Удивительно, но здешняя жизнь зависит не от энергии солнца, а от гидротермальной энергии.

В каждом рейсе биологи открывают новые виды животных.