Геологи из Геологической службы США (USGS) обнаружили, что некоторые богатые металлами породы, извлечённые с глубин океана, могут самопроизвольно воспламеняться при контакте с воздухом и в процессе обработки, что создаёт дополнительные риски безопасности для развивающейся глубоководной горнодобывающей отрасли.

Это открытие связано с экспедицией 2022 года к желобу Эсканаба, недалеко от границы штатов Орегон и Калифорния, где при лабораторной обработке два из 57 собранных образцов гидротермальных пород воспламенились.

В одном из случаев при реакциях температура превысила 100°C, и исходный материал полностью окислился, согласно исследованию, опубликованному в Nature’s Scientific Reports .

«Выработка тепла в результате экзотермических реакций не исследовалась в массивных сульфидных отложениях на морском дне, но потенциально может вызвать быстрые пожары на кораблях», — отмечают авторы исследования.

Открытие добавляет ещё одно осложнение для компаний, рассматривающих коммерческую добычу ценного металла со дна океана: глубоководные массивные сульфидные месторождения действительно содержат медь, цинк, золото и серебро, но их поведение при извлечении, транспортировке и переработке остаётся недостаточно изученным.

Полученные результаты могут повлиять на стандарты безопасности, поскольку регуляторы и горнодобывающие компании оценивают практический потенциал ресурсов морского дна.

Неожиданная реакция

Геологическая служба США совместно с Бюро по управлению энергией океана (BOEM) и Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (NOAA) собрала образцы с помощью дистанционно управляемого аппарата в четырёх районах желоба Эсканаба.

Желоб, расположенный в исключительной экономической зоне США, содержит месторождения, образовавшиеся в результате гидротермальной активности и концентрирующие металлы, включая медь, цинк и железо, на морском дне.

Большинство извлечённых пород содержали значительные количества сульфидов металлов. Однако при высушивании и измельчении образцов в лаборатории два из них быстро окислились и выделили достаточно тепла, чтобы воспламениться.

Чтобы выяснить причину таких реакций, учёные сравнили минеральный и химический состав образцов, а также их термическое поведение.

Первоначально рассматривалась гипотеза о том, что к горению могли привести нефтеподобные вещества или смолы, попавшие в осадки: гидротермальные процессы и интенсивная седиментация могут приводить к образованию материалов, способных саморазогреваться при контакте с кислородом.

Вместо этого исследователи выявили вероятного виновника — нанокристаллический марказит, нестабильную форму сульфида железа.

Ученые определили, что воздействие кислорода и механические нагрузки при дроблении или измельчении могут инициировать экзотермическое окисление в породах.

«Новые исследования показывают, что некоторые массивные сульфидные породы морского дна обладают физическими и химическими свойствами, которые могут заставить их вести себя совсем иначе, чем сопоставимые минеральные месторождения, добываемые на суше», — говорится в заявлении Геологической службы США.

При этом результаты не доказывают, что все отложения с присутствием марказита опасны: исследование указывает конкретные характеристики руд, которые потребуют дополнительной проверки до начала коммерческой добычи.

Последствия для горнодобывающей отрасли

Исследование опубликовано на фоне растущего интереса к глубоководным минеральным ресурсам, обусловленного спросом на металлы для инфраструктуры, производства и энергетических технологий.

Международное управление морского дна (ISA) уже заключило контракты на разведку полиметаллических сульфидов вдоль Северного Срединно-Атлантического хребта и Юго-Западного Индийского хребта, хотя коммерческая добыча по этим контрактам пока не началась.

В отличие от минералов, оставшихся на морском дне в относительно стабильных условиях, извлечённые сульфидные породы при горнодобыче столкнутся с резкими изменениями среды — воздействием кислорода, колебаниями температуры, давления и влажности.

«Если будет происходить массовая добыча сульфидов на морском дне, породы, вынесенные на поверхность, будут испытывать условия, резко отличающиеся от тех, что на морском дне, включая воздействие кислорода и изменения температуры, давления и влажности», — заявила Геологическая служба США.

«Такие изменения могут повлиять на то, как сульфидные минералы реагируют и сколько тепла они выделяют».

Эти обстоятельства могут побудить операторов заранее оценивать стабильность минералов и разрабатывать процедуры обращения, хранения и транспортировки потенциально реакционноспособного материала. Накопление тепла на борту судна особенно опасно, поскольку большие объёмы измельчённой сульфидной породы могут оказаться в замкнутых помещениях.

Глубоководные горнодобывающие компании The Metals Company (Nasdaq: TMC) и Deep Sea Minerals (CSE: SEAS) не ответили на запросы MINING.COM с просьбой прокомментировать потенциальные операционные риски или сообщить, оценивали ли они аналогичные угрозы.

Полученные данные добавляют аспект охраны труда к списку проблем отрасли, которая уже сталкивается с необходимостью тщательной оценки воздействия на окружающую среду.

Экологические организации предупреждают, что разработка морского дна может нанести ущерб хрупким местообитаниям, нарушить отложения и поставить под угрозу экосистемы, которые учёные только начинают изучать.

Последствия масштабной добычи остаются неопределёнными, особенно в глубоководных районах, где восстановление после нарушений может быть медленным. Для потенциальных операторов результаты исследования USGS показывают, что традиционные методы обращения с сульфидными рудами могут не учитывать специфические риски, связанные с глубоководной добычей.

Потребуются дополнительные испытания, чтобы установить, насколько широко реактивный марказит распространён в морских отложениях и представляют ли лабораторные результаты сопоставимую опасность в условиях промышленной разработки.