与此同时，一些海底采矿作业已经在各国大陆架区域内展开，通常处于相对较浅的区域，其他作业则处于规划阶段。全世界第一家商业公司于2019年初启动深海采矿，目标是巴布亚新几内亚大陆架1500米至2000米深水区的多金属硫化物。然而，绝大多数深海环境尚未被探索，而且与深海海床相关的独特生物多样性仍有待发现。一些研究人员认为地球生命起源于热液喷口。
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随着新技术的不断涌现，对矿物和金属尤其是一些稀有金属的需求不断增加，这重新点燃了人们对海底矿物资源勘探的热情。这些资源，无论是热液喷口周围的海底大规模多金属硫化物，海山断层或侧翼的富钴结壳，还是深海平原上的锰结核。由于海洋环境的复杂性，对于这些资源，我们不能独立于物种栖息地和多样性去考虑。除了矿藏以外，很多国家对从大陆坡和大陆隆开发天然气水合物（可燃冰）也很感兴趣。但是，许多未来海底采矿的区域和脆弱的海洋生态系统重叠。自1982年成立以来，负责管理大陆架以外深海海底人类活动的国际海底管理局（ISA）已经签署了27项矿物勘探合同（统计时间截止2018年1月），总面积超过了140万平方公里，接近我国新疆维吾尔自治区的面积，并继续制定商业采矿规范。与此同时，一些海底采矿作业已经在各国大陆架区域内展开，通常处于相对较浅的区域，其他作业则处于规划阶段。全世界第一家商业公司于2019年初启动深海采矿，目标是巴布亚新几内亚大陆架1500米至2000米深水区的多金属硫化物。在本文中，我们将围绕勘探开发海底矿产资源的三个方面展开讨论：
（1）国家管辖范围以外的海域深海采矿的现状
（2）海底采矿活动近期和未来可能造成的环境影响
（3）科学水平和认知方面的差距导致深海环境评估困难重重
我们需要思考目前的矿产和资源管理方式是否可以改进，以减少人们对于深海资源的觊觎。
介绍
随着陆地资源的枯竭，以及人们对矿物和金属的需求不断增加，这导致了对海洋资源的兴趣大涨。目前虽然没有看到商业规模的深海采矿，但在浅海海底一些采矿作业已经展开。深海资源的勘探合同已经授予了来自中国、英国、比利时、德国、法国和日本等国的多家公司，主要涉及三种不同矿藏：海底块状硫化物（SMS），锰铁结壳和多金属结核。海底采矿带来了大量的环境问题，其中一些问题在过去5年中在大陆架地区的采矿申请中做过强调，例如2016年新西兰环保局对新西兰水域的铁矿和磷矿开采的环境评估。考虑到海底采矿活动的性质、规模和所处位置，对生物多样性的严重且广泛的负面影响将是不可避免的，而且不可逆转。其他影响包括与其他海洋使用者的冲突，如渔业和希望开发海洋生物制药资源的制药公司。
深海（深度>200米的海域）覆盖了地球表面约3.6亿平方公里的面积（50%），占全球生物圈可居住体积的95%。从地形上看，深海底部的大部分是超过3000米的深海平原，其特征包括海底峡谷、海沟山脊和耸立在平原上的山脉和热液喷口。然而，绝大多数深海环境尚未被探索，而且与深海海床相关的独特生物多样性仍有待发现。只有一小部分深海得到了科学研究，并且与海底采矿相关的问题很多，其中之一便是对生物群的干扰。例如在过去20年中，新报告的物种范围从无脊椎动物，如雪人蟹，到大型海洋脊椎动物，包括难以捉摸的喙鲸。科学家们发现一些寿命较长的深海物种由于生长缓慢，极易受到物理干扰。例如，格陵兰鲨鱼潜到1200米左右，被成为最长寿的脊椎动物，在156±22岁时达到成熟，寿命至少为392±120岁。黑珊瑚是在亚速尔群岛发现的一种深海物种，已知其群体寿命可达2320±90年，可以说是地球上已知的寿命最长的生物之一。
海洋矿产资源和天然气水合物的分布
在深海平原，热液喷口和海山等几种典型自然环境中，有人提出了从沉积物和深海构造中获取矿物。主要有三种资源目前可以认定有商业价值：深海平原上的锰结核（MN），特别是太平洋；热液喷口的多金属硫化物（SMS），南太平洋；以及富钴结壳（CRC），在世界各地的海山上都有发现，太平洋储量最大。除了富含金属的沉积物外，还有从陆坡和隆起处与海洋沉积物有关的水合物中提取甲烷。其他具有商业价值的大陆架资源包括钻石、铁砂（富含用于钢铁生产的钛磁铁矿和石灰钠长石）和磷矿。自从2001年来，Diamond Fields International Ltd公司一直在纳米比亚近海开采钻石。
▲三种主要海底矿藏的世界分布：多金属结核（蓝色）；多金属或块状硫化物（橙色）；富钴的铁锰结壳（黄色）。
深渊多金属锰结核
锰结核形成于广阔的深海平原，主要由锰和铁组成，但在这些结构中也发现了大量的其他金属。结核形状像土豆，直径在4-10厘米，被认为是经历了数百万年才形成的，在此过程中，海水中的锰吸附到结核物质上，被细菌氧化形成结核基质。除含有28%的锰以外，有价值的成分还有1.3%的镍、1.1%的铜和0.2%的钴、0.059%的钼和0.081%的稀土金属。结核还含有铂、碲等其他商业需求的微量元素。是光伏电池、催化产品的重要成分。
▲矿床类型：（A）太平洋克拉里奥克利伯顿区的锰结核。（B）ROV KIEL 6000 携带的锰结核和其他深海生物。（C）大西洋中脊上的黑烟囱。（图片版权所有：基尔海洋研究中心）
▲海底主要资源的用途情况
在太平洋中北部可拉连——克里普顿断裂带（CCZ）四个地理位置发现了具有经济价值的结核堆积；太平洋中南部的潘宁盆地；东南太平洋的秘鲁盆地；以及北印度洋的中心地带。在太平洋岛屿地区，在拉罗通加（库克群岛）的专属经济区发现了金属丰度和密度最高的锰结核矿床。其他丰度较高的地区是基里巴斯共和国的两个东部岛屿群（凤凰岛和莱恩岛），相对较小的西基里巴斯群岛和图瓦卢和纽埃的专属经济区。
多金属结合生长及其缓慢，每百万年的速度只有几毫米到几厘米。由于结节动物群在深海平原上分布较为稀少，因此很少有专门的针对这一方面的研究，但据报道，多金属结核为这些地方的海洋物种提供了一些难得的硬地基，如果移走这些结核，深海生物将大量丧生。某些海绵和软体动物只能生活在结核表面，而线虫和甲壳类幼虫则是在裂缝中发现的。据调查发现，在广泛分布有金属结核的平原区域，固着动物和移动动物的密度都要高于那些没有金属结核的区域。前者每100平方米范围内有14-30只固着动物，8个移动动物，然而后者只有4-15只固着动物，1-3个移动动物。
海底热液喷口的块状硫化物
海底块状硫化物（SMS）与洋脊上活跃和不活跃的热液喷口有关，硫化物含量高，但也富含铜、金、锌、铅、钡和银。海底目前发现了200多个热液成矿地点，根据以往的勘探和资源评估，其中大约10个矿床吨位和品位都有商业开采价值。勘探和开采海洋矿藏的技术可行性取决于其深度。
热液喷口主要集中在太平洋、大西洋、北极和印度洋的大洋中脊上。正在进行的勘探和资源评估表明，太平洋海底多金属块状硫化物矿床铜含量最高，锌、金、银富集显著，位于相对较浅的水域（<2000米）。
科学家1977年首次对热液喷口群落进行了描述，但自那时以来，只有约10%的深脊栖息地得到了探索。在过去的十年间，山脊栖息地吸引了试图了解生态系统动态的研究团队的注意，也吸引了商业采矿公司的注意。热液喷口的水深一般为1000-4000米之间，酸度高（PH值为2-3），但他们支持着大量生物群落。化学合成细菌构成了喷口生态系统的基础，反过来又支持了包括软体动物、环节管蠕虫和甲壳类动物在内的无脊椎动物的大量繁衍。一些研究人员认为地球生命起源于热液喷口。大约85%的喷口物种具有特殊地域性，在第一次发现热液喷口后的25年里，平均每个月都有两个新的热液区物种被科学家首次发现。在过去的十年间，新发现的物种包括一种生活在南极海洋热液喷口附近深达2600米的雪人蟹，在其爪上还寄生着化学合成细菌和四种只有生活在热液口附近的深海蠕虫。加利福尼亚湾南部的热液口发现了高度多样性的动物群，报告称，他们观察或收集的116种大型动物群物种中，只有三种在他们研究的所有四个喷口区域都有分布。也就是说，其余112种都具有高度特殊性。研究小组的发现对海底块状硫化物的开采带来了影响，因为摧毁一个喷口处的群落可能会对附近喷口处的群落产生连带影响。如果开采喷口的生物是由附近喷口的物种繁殖的，那么将会带来更加严重的影响。
海山上的富钴结壳
富钴结壳，也称为锰铁结壳，形成于海山的斜坡和山顶，含有锰、铁和多种微量金属（钴、铜、镍和铂等）。根据等级、吨位和海洋学条件，赤道中部太平洋具有最佳的开采潜力，特别是在约翰斯顿岛的专属经济区、马绍尔群岛和太平洋中部海山的国际水域。法属波利尼西亚，基里巴斯共和国和密克罗尼西亚联邦的专属经济区也被认为是开发钴结壳的潜在地点；图瓦卢、萨摩亚和纽埃的储量较小。富钴结壳开采技术上比从深海平原开采锰结核更具有挑战性，因为结壳附着在岩石基质上。钴具有经济价值，因为这种金属用途广泛，包括在高温合金如喷气发动机和电池技术中。
据估计，全球有超过33400座海上从海底算起超过1000米或者更高，超过13.8万处相较海山小一点的地貌如丘陵（500米高以内）等。估计海山面积约1720万平方公里，相当于2个中国大陆面积，占全球海底面积的4.7%。洋流在遇到海山时形成了海洋上升流，向地表提供养分，促进动物的生长，包括珊瑚，海葵，羽星和海绵等。
Rowden等人将海山描述为深海平原上的绿洲，因为它们相比附近的斜坡能够支持更高的底栖生物物种多样性和生物数量。绿洲假说似乎取决于海山存在的地球物理背景。海山与诸如海洋锋等持续的水文特征相结合，能够为浮游物种提供栖息地，海山将底栖生物和浮游生态系统连接在了一起。例如，已知的鱼类和海洋哺乳动物聚集在海山之上，利用他们觅食或休息。科学家2015年对虎鲸进行了标记和跟踪，发现他们会在特定的海山上进行捕猎，这表明这些海洋特征是哺乳动物的食物来源。除了支持海洋动物，如鲸类、鳍足类和海龟外，海山还被认为是迁徙期间的导航特征和繁殖地。
天然气水合物
天然气水合物是一种冰状固体结晶结构，当水分子在低温高压下围绕气体分子形成笼状结构时所形成。虽然天然气水合物不是海底矿藏，但由于它们的开采也接近成为现实，而且其本身可能对周围深海生态系统造成重大影响，因此他们也列入本次研究范围。天然气水合物可能含有甲烷，乙烷，丙烷或丁烷，但甲烷水合物是天然存在的最常见的水合物。潜在的大量天然气水合物是可以利用的，例如，1立方米的甲烷水合物可以产生164立方米的甲烷气体。但是由于该过程技术复杂且成本高昂，天然气的商业开采尚未实现。全球海洋甲烷水合物的评估储量有很多版本。2013年估计有550十亿吨（Gt C），2015年评估有1146十亿吨（Gt C）。全球范围内已经发现了约220个沉积区，分布于海洋陆相斜坡，隆起和极地冻土下，其中大陆架边缘蕴藏着世界上95%的甲烷水合物。
天然气水合物的形成取决于多种因素，包括海底有机碳微粒的积累、有机物的微生物降解以及天然气形成。甲烷水合物最常见于1000-3000米深度，600米以内通常不会形成，因为水太暖了，但北极水合物在250米左右的深度也可以形成，那里水温一般在-1.5℃。（未完待续）
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