劉大海，萬瀏，王春娟，李成龍

（1.自然資源部 第一海洋研究所，山東 青島 266061；2.自然資源部 海岸帶科學與綜合管理重點實驗室，山東 青島 266061；3.中國海洋大學 海洋與大氣學院，山東 青島 266100；4.中國海洋大學法學院，山東 青島 266100）

隨著社會的發(fā)展，陸地金屬礦產(chǎn)的儲量正在減少，深海礦物如多金屬結(jié)核、錳鐵殼以及熱液硫化物被認為是戰(zhàn)略金屬的替代來源[1]。中國經(jīng)濟快速發(fā)展過程中對礦產(chǎn)資源的需求以及建設海洋強國的戰(zhàn)略需求，使勘探和開發(fā)深海礦產(chǎn)資源的形勢愈加緊迫[2]。深海海底蘊含豐富礦產(chǎn)資源，是一個復雜脆弱、恢復緩慢的生態(tài)系統(tǒng)[3]。底棲生態(tài)系統(tǒng)包括多種生境，如沉積物深海平原、熱液噴口、海山、大陸斜坡和海底峽谷等[4]，是全球重要的生物多樣性和特有性儲藏庫，具有重要的生態(tài)系統(tǒng)服務功能(如碳固存和養(yǎng)分循環(huán))[5]。深海礦產(chǎn)資源的勘探和開采過程對周圍環(huán)境產(chǎn)生的干擾，極易對上述生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，大致分為3 種：①采礦系統(tǒng)對海底環(huán)境，尤其是海底系統(tǒng)的影響；②采礦船廢液、廢水排放對海洋環(huán)境特別是表層水域的影響；③陸上加工處理造成的環(huán)境影響[6]。

本文以多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼、多金屬硫化物三種具有開發(fā)前景和商業(yè)開采價值的深海固體礦產(chǎn)資源為例，以開發(fā)全過程環(huán)境（開發(fā)前賦存的相對靜態(tài)環(huán)境、開發(fā)過程中的動態(tài)擾動環(huán)境和開發(fā)后的相對靜態(tài)環(huán)境）為研究對象，以深海采礦前、過程中、采礦后的環(huán)境變化狀況和生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)為主線，對海底礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中原有海洋環(huán)境所受的影響進行整體研究(圖1)，并針對如何減少深海采礦對海洋環(huán)境的擾動開展定性分析，擬為深海采礦的海洋環(huán)境影響評價及規(guī)則制定提供參考和依據(jù)，為深海礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中海洋環(huán)境管理計劃的制定提供參考，以促進深海礦產(chǎn)資源開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展。

圖1 深海礦產(chǎn)開采對環(huán)境影響研究框架Fig.1 Research framework for environmental impact resulting from deep-sea mineral exploitation

1 深海固體礦產(chǎn)資源賦存環(huán)境

對深海礦產(chǎn)資源賦存環(huán)境的有效把握是礦產(chǎn)資源開采的前提，也是礦產(chǎn)開采環(huán)境影響評估的重要一環(huán)。本文分析了3 種代表性深海固體礦產(chǎn)的分布規(guī)律、分布深度、基本環(huán)境、生物特征及主要元素（表1）。

表1 深海固體礦產(chǎn)資源(多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼、多金屬硫化物)賦存環(huán)境Table 1 Occurrence of deep sea solid mineral resources (polymetallic nodules,cobalt-rich crust and polymetallic sulfide)

1.1 多金屬結(jié)核

多金屬結(jié)核也稱鐵錳結(jié)核，是由鐵的氫氧化物和錳的氧化物組成的結(jié)核狀礦物集合體，主要分布在深海（水下約4 000～6 500 m）平原上[7-8]，豐度為5～20 kg/m2[14]，在3 種深海固體礦產(chǎn)資源中分布水深最深。多金屬結(jié)核與海底沉積物共存在深海沉積物表層或向下10 cm 內(nèi)形成的沉積物中。結(jié)核的Mn、Co、Ni、Cu 等元素含量較高，具有潛在的經(jīng)濟價值[8]。結(jié)核主要分布在太平洋，其次是印度洋。位于東北太平洋海盆的克拉里昂-克里帕頓斷裂帶之間的地區(qū)（Clarion Clipperton Fracture Zone，CCFZ）是多金屬結(jié)核經(jīng)濟價值最高的地區(qū)，位于熱帶太平洋東部和印度洋中部的結(jié)核因富含稀土元素等金屬而具有特殊的經(jīng)濟利益[15]。

采用可預測機器模型分析結(jié)核生長環(huán)境條件，結(jié)果顯示結(jié)核形成的條件重要度排序從高到低依次為：低沉降速率、中等高氧值、黏土巖性、夏季低海面生產(chǎn)力、較低底棲生物密度、水深>4 500 m、較低總有機碳含量[9]。盡管目前未見深海沉積物中多金屬結(jié)核生成與深海生態(tài)系統(tǒng)之間存在關系的結(jié)論和證據(jù)，然而結(jié)核的生長依賴于底棲大型動物的活動，低密度的底棲大型動物足以通過擾動和覓食等活動進行沉積物再分配，從而達到結(jié)核再生長或不再被沉積物覆蓋的效果[9]，結(jié)核反過來為固著生物提供了有價值的堅硬基質(zhì)，并為縫隙居住的動物提供了棲息地[9]。

1.2 富鈷結(jié)殼

富鈷結(jié)殼又稱鐵錳結(jié)殼、錳結(jié)殼或鈷結(jié)殼，是通過水合氧化錳或水合氧化鐵膠體沉積到大洋深部任何固結(jié)的底質(zhì)上形成的[16]，主要分布在海山的山頂和側(cè)翼、海臺以及寬鞍狀結(jié)構(gòu)的堅硬巖石表面（水下約800～3 000 m）[8-9]。富鈷結(jié)殼中含有Co、Ni、Te、Pt、REE 等元素，主要分布在太平洋、大西洋和印度洋。富鈷結(jié)殼大多與堅硬的基巖表面緊密相連，最厚和最具經(jīng)濟意義的結(jié)殼形成在水深800～2 500 m 的海山峰頂?shù)耐饩壓桶盃畈?，其Co 和Ni 的含量較高[15-17]。

含有富鈷結(jié)殼的海山區(qū)域可能存在底棲動物和微生物群落。底棲動物通常生長緩慢、壽命較長、對機械干擾敏感。微生物群落可能參與了富鈷結(jié)殼區(qū)域的硫、氮和金屬循環(huán)，硫氧化和金屬氧化是這一生態(tài)系統(tǒng)潛在的主要能源來源[11]。

1.3 多金屬硫化物

多金屬硫化物是海底高溫熱液活動的產(chǎn)物，是由灼熱（高達350 ℃）的海水從海底上升并以海底煙囪（“黑煙囪”）或圓頂?shù)男问匠恋沓鼋龅慕饘俣纬傻腫8]。不同于多金屬結(jié)核和富鈷結(jié)殼，硫化物礦床形成局部的三維體[8,13]，多金屬硫化物含有Cu、Zn、Pb、Au、Ag 等金屬，主要分布于大洋中脊、火山弧和弧后擴張中心的熱液區(qū)。其中2/3 的熱液系統(tǒng)與洋中脊相連，1/3 與島弧系統(tǒng)相連[12]。最早發(fā)現(xiàn)的熱液噴口位于東太平洋隆起的洋中脊，且熱液噴口的出現(xiàn)頻率與其擴展速率之間存在明顯的聯(lián)系，這取決于巖漿作用的強度。

富含多金屬硫化物的熱液礦床附近的獨特生物群落，構(gòu)成了具有世界上唯一完全由化學合成的獨特底棲生態(tài)系統(tǒng)，生產(chǎn)力非常高，具有較高的內(nèi)在經(jīng)濟價值[13]。噴口附近的大部分底棲生物將會因采礦活動而受到影響。

2 開采過程可能產(chǎn)生的環(huán)境影響

深海固體礦產(chǎn)資源的開采會對其原有賦存環(huán)境產(chǎn)生影響。礦產(chǎn)提取、采集、提升、洗滌、海上處理，及運輸過程都會對原有海洋的海底、水柱和海面環(huán)境產(chǎn)生不同程度影響[18]。多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物三種礦產(chǎn)資源開發(fā)過程對海洋環(huán)境的影響具備一定程度的相似性，共性主要體現(xiàn)在：①對海底區(qū)域的影響。深海采礦活動可能會因為擾動而對海底賦存環(huán)境產(chǎn)生直接影響，例如礦產(chǎn)開采工具工作過程對海底的影響、來自過濾水體的次表層羽流對海底區(qū)域產(chǎn)生的潛在影響等，主要包括礦物與棲息地的遷移、羽流、光、噪音和振動[18]。②對水體的影響。礦產(chǎn)提升過程中，來自加工機械的廢物、油污和噪音污染等也會對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響[19]。③對海面區(qū)域的影響。輸送管道向上運礦、生產(chǎn)支持船、礦從生產(chǎn)支持船運作支撐、駁船/散貨船礦物轉(zhuǎn)移等礦產(chǎn)收集過程均會對海面產(chǎn)生潛在影響，包括照明、噪音、常規(guī)排放，以及其他影響[19]。

不同礦產(chǎn)的開采對海底區(qū)域的影響因礦產(chǎn)的種類、賦存環(huán)境、采礦工具和采礦方式的不同而有所差異。3 種礦產(chǎn)開采的開采裝置、方式以及環(huán)境影響評價角度如表2 所示。礦石采掘裝備是海底礦床開采的核心裝備之一，主要用于將礦床剝離基巖或沉積物，兼具切割和掘進的功能。結(jié)核的開采多采用水力式采掘方式，通過高壓水流在結(jié)核周圍負壓抽吸完成礦石采掘[2]。本文從結(jié)核提取和集礦作業(yè)兩個方面對結(jié)核的開采進行環(huán)境影響分析。富鈷結(jié)殼的開采一般使用螺旋滾筒采掘裝置將其與基巖剝離采掘[2]，富鈷結(jié)殼與下伏巖石表面相連接，而該表面常常不規(guī)則，這給富鈷結(jié)殼采礦機帶來了技術挑戰(zhàn)。采礦機需要確定刀具前方的地殼厚度，并不斷調(diào)整切削深度以匹配該厚度[20]。多金屬硫化物的采掘裝備兼具切削和掘進功能，一般采用輔助切割機或多功能一體化采掘裝備[2]。本文從表面切割、硫化物提取和集礦作業(yè)三個方面對多金屬硫化物的開采進行環(huán)境影響分析。

表2 深海固體礦產(chǎn)資源開采裝置、方式以及環(huán)境影響評價角度Table 2 Mining devices,methods and environmental impact assessment of deep-sea solid mineral resources

2.1 多金屬結(jié)核開采

多金屬結(jié)核采礦活動發(fā)生在水深4 000～6 500 m 的深海底平原區(qū)(圖2)[21]。多金屬結(jié)核的存在較大提升了沉積物的硬度。海底結(jié)核與沉積物的比例平均為1∶9[22]，這意味著當結(jié)核被提取時，占總物質(zhì)90%的沉積物也會受到擾動[18]。同時，結(jié)核的提取可能會永久性地改變海底形態(tài)、海底群落和與之相關的特殊動物群[23]，主要風險和影響見表3。

圖2 深海多金屬結(jié)核采礦系統(tǒng)及潛在環(huán)境影響來源示意圖Fig.2 Schematic diagram of deep-sea polymetallic nodules mining system and potential environmental impact sources

表3 深海多金屬結(jié)核開采的主要風險和影響[21]Table 3 Main risks and impacts of deep-sea polymetallic nodules mining[21]

結(jié)核提取對賦存環(huán)境的影響可分為沉積物擾動、海底形態(tài)改變以及棲息地改變?nèi)齻€方面。沉積物擾動產(chǎn)生的含沙羽流在光區(qū)(深度<200 m)釋放可能會減少光的穿透，阻礙浮游生物的生長，或釋放深海營養(yǎng)物質(zhì)，增加生產(chǎn)力的食物鏈效應。同時，在海床附近的沉積物羽流含有顆粒載荷，盡管影響時長僅為采礦期間，但是其潛在擴散區(qū)域?qū)⑷Q于采礦過程和當?shù)爻绷?，可能超出國際海底管理局批準的合同區(qū)域（最大7 500 km2）邊界幾千米。這樣的擴散會使深海底棲生物窒息，而且其恢復可能非常緩慢，尤其是在受影響嚴重的地區(qū)。根據(jù)相對于采礦和/或沉積物羽流影響的位置，沉積物的粒度可能會向更粗或更細方向變化，從而造成棲息地沉積物成分的改變。羽流背景沉積速率較低，因而這種改變可能會持續(xù)很長時間。同時，沉積物的擾動也可能導致具有生物毒性的硫化物、有機污染物和重金屬的釋放[24-25]。最細的顆粒在水柱中停留的時間最長，因此被輸送的距離最遠。由于其具有吸附特性，這部分沉積物可能含有最高濃度的有害物質(zhì)[26]。

多金屬結(jié)核的開發(fā)過程包括清除結(jié)核、徹底干擾海床并對其壓實的過程(表3)，從而改變海底形態(tài)。這個過程產(chǎn)生的影響是長期的，通常為幾百至幾千年，因為一個非致密的表層沉積物可能要經(jīng)過幾百到幾千年才能重新形成。對于幾百年才可以形成的沉積物和已經(jīng)存在了數(shù)百萬年的結(jié)核來說，受擾動后的恢復過程是極其緩慢的[3]。

海底集礦機在水下開展集礦作業(yè)時，海底和船舶作業(yè)的物理擾動會產(chǎn)生水下噪音[27](表3)。據(jù)估計，海底集礦機產(chǎn)生的噪音輸出與噪音較大的貨船相當且集中在低頻率（<1 kHz）[28]。低頻噪聲可傳播600 km，對15 km 以內(nèi)的海洋哺乳動物產(chǎn)生劇烈影響。其對海洋哺乳動物產(chǎn)生的掩蔽效應，可能會使其暫時離開。

綜上，對沉積物羽流影響的評估具有至關重要的意義，因為它們可能使結(jié)核開采的影響范圍遠遠超出開采地區(qū)域，使影響擴大。因此，充分估計沉積物的擴散范圍是估計海底礦物開采對海洋影響的關鍵問題。本文以深海多金屬結(jié)核開采對深海沉積物的擾動為例，定性研究了對采礦過程中因沉積物擾動而引發(fā)的潛在羽流（圖3）。由于采礦系統(tǒng)尚未進行商業(yè)化運作，深海結(jié)核開采的具體配置尚不清晰，而水力集礦結(jié)合結(jié)核收集器目前被認為是最可行的提取方法之一[29]。因此，需考慮利用此方法時基本開采過程對環(huán)境的影響，這一過程包括從海底收集的結(jié)核和沉積物的半液體層由液壓運輸泵系統(tǒng)提升到采礦支持船上，含礦泥漿被脫水，殘留的沉積物被泵回大海[23]。在多金屬結(jié)核的提取過程中，沉積物會受到采礦設備的物理擾動，導致了海底附近和水柱中沉積物柱的產(chǎn)生（圖3），此外結(jié)核采集過程去除了表層沉積物，將懸浮固體擴散到水體中，導致水柱中羽流的產(chǎn)生[30]。羽流的另一個潛在來源是輸送到海洋采礦平臺的物質(zhì)，在平臺提取的物質(zhì)可以從水和沉積物中分離出來，轉(zhuǎn)移到運輸容器中[31]。在集料萃取過程中，也有類似的過程，即通過篩選將所需物質(zhì)與其余提取物分離，多余部分釋放到海面，這可能會在更大的區(qū)域內(nèi)造成更廣泛的擴散效應。沉積物分散改變了水的化學性質(zhì)和海底沉積物組成[32-33]。綜上，羽流的擴散程度取決于羽流釋放的深度、局部海流和釋放物質(zhì)的量以及釋放時間的長短等因素，受其影響的潛在區(qū)域可能非常大，可能會達到數(shù)千平方千米。

圖3 伴隨多金屬結(jié)核開采的羽流形成過程Fig.3 Plume formation processes associated with polymetallic nodules mining

2.2 富鈷結(jié)殼開采

富鈷結(jié)殼的開采活動發(fā)生在水深800～3 000 m 的深海海底礦山地區(qū)（圖4）[21]。受富鈷結(jié)殼開采影響的生態(tài)系統(tǒng)與結(jié)核區(qū)生態(tài)系統(tǒng)大不相同，由包括海山動物群（大多數(shù)附著在堅硬的基底上）以及生活在鄰近沉積區(qū)等的多種物種組成。

結(jié)殼開采活動分為沉積物擾動、外殼去除以及棲息地改變?nèi)齻€方面（圖4），本文結(jié)合結(jié)殼開采過程中集礦作業(yè)產(chǎn)生的噪音對賦存環(huán)境的影響進行分析（表4）。開采過程對環(huán)境的部分影響與多金屬結(jié)核開采相似。例如，在富鈷結(jié)殼的開采中同樣會因沉積物擾動而導致含沉積物的柱狀水柱、顆粒載荷以及沉積物粒度改變，集礦作業(yè)時會產(chǎn)生噪音等（表4）。不同的是，在結(jié)殼開采中，羽流很可能順著海底山的側(cè)翼流下，從而加大受影響的范圍，甚至包括未開采區(qū)域。底部的浮游動物和捕食懸浮物的生物可能會因此而窒息死亡（表4）。

圖4 深海富鈷結(jié)殼采礦系統(tǒng)示意及其潛在環(huán)境影響來源示意圖Fig.4 Schematic diagram of deep-sea cobalt-rich crust mining system and its potential environmental impact sources

表4 深海富鈷結(jié)殼開采的主要風險和影響[21]Table 4 Main risks and impacts of deep-sea cobalt-rich crust mining[21]

由于富鈷結(jié)殼的賦存環(huán)境多為海山等堅硬巖石表面，當富鈷結(jié)殼的開采去除了部分外殼時，產(chǎn)生的影響是長期的，可能是幾百年到幾千年。同時，因為這一過程會導致附著在外殼上生存的動物棲息地被破壞，從而導致表面生物數(shù)量、種群結(jié)構(gòu)和密度改變，其恢復也可能很慢，通常為幾十年到幾百年[21]（表4）。而且因為需要從海山表面研磨或刮掉外殼，所以與結(jié)核開采相比，富鈷結(jié)殼開采時產(chǎn)生的海底噪音可能更大。

2.3 多金屬硫化物開采

海底硫化物開采活動發(fā)生在水深1 000～3 500 m 的深海海底區(qū)域，這里聚集有豐富的海底動植物群落、噬硫細菌、無脊椎生物等，它們依靠硫礦生存，開采硫礦必然會對這些海底生物及其底棲環(huán)境造成一定的影響[34]。在海底區(qū)域，與多金屬結(jié)核以及富鈷結(jié)殼開采不同的是，除了用于硫化物開采的海底生產(chǎn)工具（例如海底泵）的使用、來自海面的管道在海底釋放的過濾水體羽流會對海底地區(qū)產(chǎn)生潛在影響之外，多金屬硫化物的開采還需對硫化物沉積層表面進行切割。切割會帶來局部羽流，其范圍可能非常大，可達到數(shù)千平方千米。這取決于局部海流、釋放物質(zhì)的量以及釋放時間的長短（圖5）[21]。

圖5 深海塊狀硫化物采礦系統(tǒng)及其潛在環(huán)境影響來源示意圖Fig.5 Schematic diagram of deep-sea massive sulfide mining system and its potential environmental impact sources

多金屬硫化物的開采除了表層切割導致的沉積層表面破壞，產(chǎn)生含沉積物的柱狀水柱、顆粒載荷以及沉積物粒度改變以外，硫化物的提取還會導致有毒物質(zhì)的釋放以及棲息地的移除。其中，有毒物質(zhì)的釋放會導致周圍環(huán)境受到影響[21]。該毒素可能會對底浮游動物群等有毒性作用，進一步導致食物鏈中所有營養(yǎng)層生物體的損失（表5）。其影響范圍將取決于采礦過程和當?shù)爻绷?，有可能會擴散到礦區(qū)邊界外數(shù)千米處。海床上沉積物水柱及有毒金屬和金屬化合物的影響，可能會在采礦活動結(jié)束之后持續(xù)數(shù)年時間，在此影響中恢復可能需要幾年時間。海底硫化物開采對環(huán)境影響時長與熱液噴口的活躍度有關，在不活躍的噴口，從化學污染中恢復可能需要更長的時間（表5）。在活躍的熱液噴口位置，受影響時長較短，可能在開采階段之后的幾年內(nèi)受到影響，同時恢復潛力較大。但是在不活躍的噴口位置受影響時長較長，由于開采造成表面存在有毒的金屬和漫長的動物群世代交替，環(huán)境恢復時間可能是數(shù)百年，而且恢復潛力較小。

表5 深海多金屬硫化物開采的主要風險和影響匯總[21]Table 5 Main risks and impacts of deep-sea polymetallic sulfide mining[21]

3 開采后環(huán)境影響監(jiān)測分析

深海礦產(chǎn)開采對環(huán)境的影響不僅發(fā)生在采礦期間，在開采后較長一段時間內(nèi)仍存在。已有學者對深海礦產(chǎn)開發(fā)后環(huán)境影響與監(jiān)測進行了實驗，在實驗過程中，了解自然環(huán)境條件被稱為基線研究，進行人工影響被稱為擾動，評估海底條件的變化被稱為監(jiān)測[1]。

1991—1993 年，美國國家海洋和大氣管理局（The US National Oceanic and Atmospheric Administration）在太平洋CCFZ 進行了海底影響實驗。在預先選定的區(qū)域進行基線研究后，在150 m×3 000 m 的區(qū)域使用了49次深海沉積物再懸浮系統(tǒng)[35]進行擾動。擾動后的采樣結(jié)果表明，該地區(qū)的動物分布發(fā)生了變化[36]。9 個月后的監(jiān)測結(jié)果表明（表6），部分小型底棲動物的豐度下降，大型底棲動物的數(shù)量增加，這可能由食物供應的增加所致[37]。

表6 深海礦產(chǎn)開采對賦存環(huán)境擾動的監(jiān)測結(jié)果Table 6 Monitoring results of deep-sea mineral exploitation on occurrence environment disturbance

1994—1997 年，日本金屬礦業(yè)事業(yè)團（Metal Mining Agency of Japan）利用深海沉積物再懸浮系統(tǒng)在太平洋CCFZ 進行了深海環(huán)境影響評估實驗，用于評估與錳結(jié)核開發(fā)相關的環(huán)境影響過程。該實驗在2 個1 600 m長的平行軌道上選取了19 個橫斷面進行了擾動[38]，依據(jù)沉積物樣品、深海成像、沉積物收集器和海流計等顯示的結(jié)果對實驗影響進行了評估。評估結(jié)果表明：實驗結(jié)束后，沉積物區(qū)小型底棲生物的豐度立即下降，2 年后恢復到原始水平，但物種組成卻不一致，且某些大型和大型底棲生物類群的豐度仍低于未受干擾地區(qū)[39]（表6）。2011—2012 年（即擾動17～18 a 后），深海資源開發(fā)公司（Deep Ocean Resources Development Co.,Ltd.）在該區(qū)域進行了再監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果表明，盡管沉積物的化學成分因海底擾動而暫時發(fā)生變化，但這種變化僅限于0.5 cm 以內(nèi)的表層，并隨著時間的推移而減少直至接近原始水平[40]。

1988—1998 年，德國漢堡大學科學家在太平洋的秘魯盆地進行了干擾與再附著（Disturbance and Recolonisation）實驗，采集干擾前基線環(huán)境數(shù)據(jù)和在10.8 km2的圓形區(qū)域內(nèi)使用犁耙造成擾動的數(shù)據(jù)[41]。干擾后對6 個月、3 a 和7 a 后的影響與再附著進行了監(jiān)測。研究結(jié)果表明，經(jīng)過一段時間后，雖然某些底棲生物種群可能出現(xiàn)數(shù)量上的恢復，但其動物種群組成與未受干擾的動物種群并不相同[42]（表6）。

Jones等[29]提出多金屬結(jié)核開采的影響可能是長期的，從他們開展的11 個模擬或測試多金屬結(jié)核采礦干擾的分析結(jié)果（表6）來看，底棲動物群落密度和多樣性會受到嚴重影響，而且很少有動物群在20 a 后恢復到基線或控制條件。

盡管當前對深海采礦環(huán)境造成的影響進行了不同的實驗和估計，但是研究的范圍仍然有限。在研究種類上，大多深海采礦對環(huán)境的影響研究主要集中在沉積物的干擾與恢復方面，極少數(shù)研究了刮擦海床的影響。在研究規(guī)模上，與商業(yè)采礦相比，以上實驗在持續(xù)時間、覆蓋面積和再懸浮量方面均可視為微尺度試驗。而采礦范圍的不同將直接影響再沉積的面積和厚度。現(xiàn)在仍有許多問題未得到解答，其中一個主要問題是：今后20 a 會出現(xiàn)怎樣的采礦系統(tǒng)作為環(huán)境測試的基礎[1]。現(xiàn)在無法確定具體的商業(yè)規(guī)模，因為采礦的規(guī)模和類型會隨著礦產(chǎn)種類不同和生產(chǎn)目標的不同而改變[43]。深海固體礦產(chǎn)資源開采對海洋地球化學特征的改變也將間接對海洋生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響[44]。因此，今后應該盡量嘗試在較大尺度下進行實驗，最好在試點采礦系統(tǒng)中進行環(huán)境影響的研究，以期在采礦擾動的懸浮再沉積和底棲生態(tài)系統(tǒng)等方面獲得更加真實的環(huán)境數(shù)據(jù)。除此之外，由于深海實驗對實驗前后的情況需進行定量比較，而目前在指標選取、影響評估和監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)恢復方面尚未就參數(shù)達成一致，因此，國際海底管理局（簡稱“管理局”）的環(huán)境準則應與其他環(huán)境影響評估模板保持一致[45]。

真實準確的環(huán)境數(shù)據(jù)是制定深海商業(yè)開采法律及有關規(guī)定的基礎。現(xiàn)有海底影響實驗是為了積累許多環(huán)境事實，但海底商業(yè)開采影響數(shù)據(jù)不足。盡管現(xiàn)有國際法律對有關深海礦產(chǎn)資源的探礦和勘探規(guī)章進行了有關保護和保全海洋環(huán)境內(nèi)容的規(guī)定，但商業(yè)開采對環(huán)境的影響尚沒有可依據(jù)的法律。未來需要在商業(yè)開采對環(huán)境影響研究的基礎上，充實有關深海采礦規(guī)則和條例對商業(yè)開采環(huán)境影響的具體和可衡量的規(guī)定。作為管理“區(qū)域”內(nèi)活動及資源的組織，管理局應切實發(fā)揮其在海底采礦過程中保護環(huán)境的職能。

4 深海采礦的環(huán)境保護及可持續(xù)發(fā)展對策建議

上文從多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼、多金屬硫化物等主要深海礦產(chǎn)資源的采礦活動過程入手，通過分析其賦存環(huán)境、開采中擾動環(huán)境和開采后監(jiān)測環(huán)境影響，總結(jié)了沉積物羽流、集礦作業(yè)的噪音等對海洋環(huán)境的影響。針對深海采礦的環(huán)境保護面臨的問題與可持續(xù)發(fā)展的需求，從環(huán)境評估、數(shù)據(jù)采集、設備創(chuàng)新、規(guī)則制定等方面提出以下對策建議。

1）持續(xù)跟進開發(fā)環(huán)境預評估、實時監(jiān)測及影響評估、開采后評估

深海礦產(chǎn)資源開采對環(huán)境影響的研究應結(jié)合采礦規(guī)模和采礦方法，依次進行預評估、實時監(jiān)控及影響評估、開采后評估，將環(huán)境保護意識貫徹整個采礦過程。

由于目前對不同采礦環(huán)境下恢復研究不足，采礦實驗應該在采礦規(guī)模與種類上進行充實，應更注重對采礦前后環(huán)境變化、生態(tài)系統(tǒng)恢復過程與時長的研究，并在開采結(jié)束后進行長期且連續(xù)的恢復監(jiān)測及評價。依據(jù)不同礦產(chǎn)種類、海域以及海底采礦規(guī)模建立針對性監(jiān)測評估體系，全方位完善環(huán)境影響監(jiān)測技術體系[46]。該研究可加深對采礦系統(tǒng)恢復潛力的認識，為采礦預評估、采礦過程控制以及開采后恢復提供參考。

2）充實并加大深海采礦環(huán)境評估有關數(shù)據(jù)的采集

深海礦物開采過程環(huán)境評估仍受到多方面的限制，主要有基線數(shù)據(jù)不足、采礦作業(yè)的細節(jié)不足、數(shù)據(jù)和生態(tài)系統(tǒng)方法的綜合性不足、評估和考慮不確定性差、對間接影響的評估不夠、對累積影響的處理不夠、風險評估不夠以及考慮環(huán)評與其他管理計劃的聯(lián)系不足等[47]。

目前，關于深海采礦環(huán)境評價皆為試驗性階段。Markussen[48]提出“試驗性”環(huán)境影響評價的研究應在試驗采礦系統(tǒng)進行，以便在深海海底采礦對環(huán)境的預期影響方面提供更現(xiàn)實的資料。而在對深海采礦的現(xiàn)有數(shù)據(jù)進行工程和環(huán)境評估時，Chung等[43]認為在規(guī)模和系統(tǒng)上測試足以代表商業(yè)采礦規(guī)模的底棲生物擾動。不管采用何種方法，深海采礦環(huán)境數(shù)據(jù)的收集都有利于更好地評價深海采礦的潛在影響和制定減輕影響的措施。

3）依據(jù)環(huán)境保護需求進一步加強采礦技術與設備創(chuàng)新研究

深海礦產(chǎn)資源開采過程，即為采礦設備對相關海底及海域環(huán)境產(chǎn)生擾動的過程。為了使相關區(qū)域受采礦影響最小，礦產(chǎn)收集系統(tǒng)與海底環(huán)境的相互作用應該最?。簭某练e物（或其他碎片）中分離礦物時，應盡可能靠近海床，以減少中層水的影響，但此舉有可能增加對底棲生物和深海生物群落的影響；進行條形（或“斑塊”）采礦，留下交替的未受干擾的海底條形，讓鄰近地區(qū)的生物重新繁殖；底水和碎屑的排放應在水柱的不同水平，最好是在含氧量最低的區(qū)域以下，因為那里的動物密度相對較低。

通過深海固體礦產(chǎn)資源開采過程中相關設備對環(huán)境影響的研究，對采礦設備在開采過程中的布局和技術提出進一步的要求。在確立深海礦產(chǎn)資源開發(fā)發(fā)展理念的基礎上，明確關鍵技術裝備研發(fā)任務，實施深海多金屬結(jié)核開采示范工程[2]。在多金屬結(jié)核開采中，通過開發(fā)低擾動行走、精確采集結(jié)核的設備，減少對深海沉積物的擾動。從開采后恢復潛力角度考慮，在多金屬硫化物的開采方面，應多研發(fā)適于在活躍海底火山口使用的設備，減少在非活躍火山口的開采。除此之外，控制海底固體礦產(chǎn)開采中廢水廢物的排放過程，例如通過設定合適的排放高度盡量減少羽流沉積物的擴散范圍。在現(xiàn)代信息技術、人工智能等新興技術的支持下，深海礦產(chǎn)資源開發(fā)系統(tǒng)可以在提高精準作業(yè)、協(xié)同控制、長期運維和實時調(diào)控等方面，進行高精度和智能化的開采裝備研究[2]。

4）深海采礦環(huán)境保護規(guī)則應與自然科學和社會科學緊密結(jié)合

《聯(lián)合國海洋法公約》第十一部分第145 條授權(quán)管理局制定適當?shù)囊?guī)則和規(guī)章，以保護海洋環(huán)境不受“區(qū)域”內(nèi)礦產(chǎn)勘探和開發(fā)活動的影響[49]。為了更好地對深海環(huán)境進行保護，深海采礦環(huán)境保護規(guī)則需要同時從自然科學和社會科學方面考慮。從自然科學的角度分析深海采礦對環(huán)境的影響，為深海采礦區(qū)環(huán)境保護政策的制定提供科學依據(jù)；從社會科學角度考慮平衡利益相關者，分析礦業(yè)利益和環(huán)境保護之間的平衡。

5）推進深海固體礦產(chǎn)資源開采環(huán)境保護相關法律制定進程

基于海底礦產(chǎn)資源開發(fā)與海洋環(huán)境保護和保全并重的理念[50]，相關規(guī)則和法律制度制定對海洋環(huán)境的保護與完善有極大意義。在進行海底資源開發(fā)時應始終堅持海洋環(huán)境保護原則，堅持先評估后開采，遵守深海底環(huán)境保護第一、合理開發(fā)海底資源第二的原則。應健全深海礦產(chǎn)資源開采相關環(huán)境問題的責任制度，規(guī)范深海底資源開發(fā)行為，進而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標。