Surowce z dna oceanów

logo-polityka

Oceany zajmują ponad 70 proc. powierzchni naszej planety. Ich dno kryje surowce warte setki miliardów dolarów. Mamy coraz więcej sposobów, żeby się do nich dobrać.

Maszyna o nazwie Bulk Cutter ma 14 m długości i 6 m wysokości. Inżynierowie nazywają ją bestią, co nie dziwi, gdy spojrzy się na potężny, czterometrowy walec do kruszenia skał. Gigant ważący blisko 310 ton to największy i najcięższy spośród trzech robotów głębinowych, które w niedalekiej przyszłości posłużą do eksploatacji zasobów naturalnych Pacyfiku. Robot wyposażony w aparaty fotograficzne i trójwymiarowe czujniki sensoryczne zostanie opuszczony na dno, a jego sterowaniem zajmą się dwaj piloci z dyspozytorni znajdującej się na statku. I choć bestia stoi na razie w magazynie firmy Soil Machine Dynamics (SMD), w Newcastle, tylko czeka na sygnał do rozpoczęcia prac.

Maszyna powstała na zlecenie kanadyjskiej spółki Nautilus Minerals, która jako pierwsza na świecie zainauguruje głębinowe górnictwo na skalę przemysłową. A jest o co walczyć, bo to właśnie na dnie oceanów, znajdziemy większość pierwiastków z tablicy Mendelejewa. Do tej pory były dla nas niedostępne, jednak dzięki technologii i badaniom ostatnich kilkunastu lat, wiemy już jak po nie sięgnąć.

Pierwiastki z kominów

Nautilus Minerals zamierza eksploatować złoża na Morzu Bismarcka, w pobliżu Papui Nowej-Gwinei. To tam, na stanowisku o nazwie Solwara 1, na głębokości 1600 m potwierdzono ogromne koncentracje polimetalicznych rud siarczkowych. Powstają one w miejscach pęknięć skorupy dna morskiego, gdzie erupcje wysoko zmineralizowanej wody tworzą tzw. kominy hydrotermalne. Wypływająca z nich woda może mieć nawet 400 stopni Celsjusza. Gra toczy się zarówno o pierwiastki zawarte w wodzie, które wyrzucane są pod dużym ciśnieniem, jak i osadowe usypiska tworzące się wokół szczeliny. Szybkość narastania owych kominów jest bardzo duża i w ciągu kilku tygodni komin może osiągnąć wysokość kilku metrów (największym znanym obecnie kominem jest Godzilla o wysokości 445 m i średnicy 12 m).

Wśród rud polimetalicznych dominują siarczki cynku (sfaleryt, wurcyt), miedzi (chalkopiryt, kubanit, kowelin, bornit) i żelaza (piryt, markasyt). Potwierdzono również obecność siarczków ołowiu (galena), siarczanów (gips, anhydryt, baryt), krzemianów oraz siarki. Najwięcej emocji budzi jednak obecność w rudach złota, platyny i srebra.

Kanadyjczycy zamierzają wydobywać od 80 do 100 tys. ton miedzi i 100-200 tys. uncji złota. Biorąc pod uwagę fakt, że z jednego skupiska rud siarczkowych można wydobyć kilka milionów ton rudy, jest to założenie jak najbardziej realne.

Proces wydobywczy na tej głębokości będzie się odbywał zdalnie, a za całość operacji odpowiedzialny będzie statek znajdujący się na powierzchni. Będzie pełnił funkcję zarówno centrum dowodzenia, jak i wielkiej fabryki przetwórczej. To z niego zostaną opuszczone na dno specjalne roboty, które zajmą się eksploatacją. Woda z kominów będzie filtrowana i po wyciągnięciu całej wartościowej zawartości wpuszczana z powrotem do morza. Bulk Cutter zajmie się z kolei kruszeniem osadowych usypisk. Przeczesując oceaniczne dno będzie usypywał przemielony urobek w fałdach za sobą. Następnie kolejna maszyna będzie podążała jego śladami i „zasysała” miał, wydobywając go na powierzchnię. Cały proces jest już dopięty na ostatni guzik, Kanadyjczycy czekają tylko na oddanie do użytku statku powierzchniowego, który powstaje na zamówienie w Chinach (na dzień dzisiejszy ukończono go w 70 procentach), a proces wydobywczy ma ruszyć góra w ciągu 1-2 lat.

Choć cała inwestycja ma kosztować prawie pół miliarda dolarów, to i tak taniej niż w przypadku kopalni lądowych. – Podwodne kopalnie są mało kapitałoch­łon­ne. Wszystko dzięki naszym maszynom, których nie musimy instalować na stałe w jednym miejscu. Gdy skończymy wydobycie z jednego obszaru, możemy przenieść maszyny w inny rejon i ponownie zacząć pracę – tłumaczy Mike Johnston z Nautilus Minerals.

Oczywiście Solwara 1 nie jest wyjątkiem. Na całym świecie udokumentowano 200 miejsc potencjalnej eksploatacji rud siarczkowych, spośród których kilkanaście przedstawia ogromną wartość złożową. Na głębokości 400-4000 m można pozyskiwać z kolei naskorupienia manganowe, które powstają wskutek wytrącania się związków chemicznych z zimnej wody morskiej i osadzania ich na twardym dnie, gdzie tworzy się lita, gruba nawet na 25 cm warstwa tych związków. W ich składzie chemicznym dominuje żelazo (21,7 proc.) i mangan (21,3 proc.).  Z pozostałych pierwiastków warto wymienić krzem, tytan, nikiel, miedź, itr i pierwiastki z grupy platyny. Tylko zasoby naskorupień centralnego Pacyfiku oszacowano na 500 mln ton. Podstawowy problem ich eksploatacji związany jest jednak z dużym rozprzestrzenieniem złóż, które ze względu na sposób wydobycia (trzeba je oddzielić od podłoża, rozbić i pokruszyć), na razie jest nieopłacalny.   

Najlepsze światowe złoża surowców leżą jednak znacznie głębiej niż Solwara 1, średnio 4-6 tys. metrów pod powierzchnią wody. Mowa o konkrecjach polimetalicznych, które od lat rozpalają wyobraźnię badaczy. Dobra wiadomość jest taka, że sama głębokość nie stanowi już dziś problemu. Potwierdza to prof. Ryszard Kotliński z Zakładu Geologii Morza Uniwersytetu Szczecińskiego, jeden z największych specjalistów w kraju, który od 30 lat pływa po morzach i ocenach, prowadząc badania.

– Jeszcze 15 lat temu liczyliśmy zasoby ropy i gazu do głębokości 500 m. Dziś Brazylijczycy z Petrobras wiercą przy głębokości 3,5 tys. m i kolejne 2 tys. m pod dnem. Łącznie to 5,7 tys. metrów bardzo skomplikowanej technologii wiercenia i wydobycia ropy naftowej. Przy tego typu konstrukcjach wykorzystuje się połączenia rurowe, odporne na działania wysokiego ciśnienia i ruchy prądów morskich, które mogą być wykorzystywane przy eksploatacji innych surowców. Technicznie jesteśmy gotowi na takie głębokości. – wyjaśnia profesor.

Zbieranie podwodnych ziemniaków

Konkrecje polimetaliczne to naturalne skupienia tlenków żelaza, tworzące owalne formy, które zalegają na powierzchni dna. Kształtem przypominają zwykłe kamienie, choć ich średnica może być różna, od jednocentymetrowego kamyczka, po półtonowe głazy. Podstawową zaletą kopalin jest ogromna koncentracja metali strategicznych, które w przeciwieństwie do złóż lądowych, zawierają nie jeden, ale wiele ich rodzajów. Choć wśród nich przeważa mangan (ok. 30 proc.), żelazo, kobalt, nikiel i miedź, w sumie zawierają aż 50 różnych pierwiastków. Imponująca jest również ich koncentracja. Weźmy choćby miedź:  z naszych kopalń z głębokości 1000 metrów wydobywamy rudę o zawartości ok. 0,7 proc. tego pierwiastka, w przypadku konkrecji polimetalicznych, procentowa zawartość miedzi wynosi 1-4 proc. Mało tego, eksperci przypuszczają, że podmorskie konkrecje zawierają co najmniej dwa razy więcej miedzi i niklu, niż wszystkie odkryte dotąd ziemskie rezerwy tych metali. Ich światowe zasoby szacuje się na niewyobrażalną liczbę 90 mld ton.

Na ślad konkrecji po raz pierwszy trafiła wyprawa badawcza w 1872 r., która na korwecie „Challenger” wyruszyła w czteroletni rejs po wszystkich oceanach. Bulwiaste twory początkowo nie wzbudziły większej sensacji. Zaczęto je szerzej badać dopiero w latach 60. ubiegłego stulecia. Ówczesne badania przyniosły znaczny rozwój wiedzy o morzach i oceanach. Okazało się, że kamieniste minerały wcale nie są rzadkością – przeciwnie grubą warstwą pokrywają spore połacie dna Pacyfiku, Oceanu Indyjskiego i Atlantyku.

Pomimo znaczących postępów wiedzy, naukowcy nadal nie wiedzą skąd konkrecje wzięły się na dnie oceanu. Struktura wewnętrzna konkrecji ma charakter warstwowy. Wiemy, że zalążkiem może być okruch skalny lub reszta żywego organizmu (często ząb rekina). Wokół niego narasta masa mineralna. Robi to jednak bardzo powoli – by urosnąć jeden milimetr, potrzebuje aż miliona lat. Najprawdopodobniej to dzięki tej powolności konkrecje zawdzięczają swój unikatowy skład chemiczny. Nie chodzi tylko o znacznie większą koncentrację pierwiastków, ale równie ich jakość. Nawet 15-krotnie wyższą niż w przypadku źródeł lądowych.

Autor: Kamil Nadolski

To tylko fragment artykułu opublikowanego w tygodniku “Polityka” (2 II 2016). Cały tekst dostępny jest w drukowanym wydaniu tygodnika.

 

Dodaj komentarz