Understanding Deep Sea Mining: The Need for Explosives

ويحتفظ قاع المحيط بودائع ضخمة من المعادن الحيوية للتكنولوجيا الحديثة - من الليثيوم والكوبالت في بطاريات المركبات الكهربائية إلى العناصر الأرضية النادرة التي توجد في الهواتف الذكية والرياح، ويستهدف التعدين في أعماق البحار هذه الموارد، التي كثيرا ما تفرق عبر السهول الهاوية، أو حقول التهوية الحرارية المائية، أو تتركز في القشور على الجبال البحرية، حيث يصبح الحصول على الموارد الأرضية أكثر تكلفة.

وكانت الأساليب الميكانيكية، بما فيها قطع الروبوتات والحفر، هي النهج التقليدي لجمع العقيدات المتعددة الفلزات أو قطع الكبريتات الضخمة في قاع البحار، غير أن هذه الأدوات تواجه قيودا شديدة على الأعماق التي تتجاوز ٠٠٠ ٤ متر، حيث يمكن لضغط المياه أن يسحق مساكن الفولاذ، وحيث يتنافس الصخور الصلبة التي تقطعها الغرانيت، فإن المتفجرات توفر بديلا قويا: عن طريق تحويل الطاقة الكيميائية بسرعة إلى عمل ميكانيكي.

كما تتيح المتفجرات إمكانية الوصول إلى الموارد المقفلة داخل القشور البسالة أو طبقات الرواسب المسمومة التي لا يمكن أن تخترقها أجهزة الميكانيكية بكفاءة، وعلى سبيل المثال، فإن القشور الغنية بالكوبالت التي تشكل على منحدرات الجبال البحرية يمكن أن تكون سميكة بنسبة 25 سنتيمتراً وأن تكون لها قوة ضغطية تتراوح بين 80 و 100 ميغاباسكال، وأدوات القطع التقليدية التي يتم دراستها بسرعة في تلك المادة؛

The Science of Subsea Blasting

إن تفجير المتفجرات تحت الماء ينطوي على فيزياء تختلف كثيرا عن الانفجار على الأرض، فالماء يكاد لا يطاق، لذا فإن الموجة الصدمة من انفجار تحت الماء تتحول إلى سرعة وكفاءة عالية، ويمكن أن تكون هذه السمة إما فائدة أو مخاطرة، تبعا لكيفية توجيه الطاقة، فالرسوم المشابهة - المتفجرات التي تشكل مع جهاز محمول تحت الماء - تركز الطاقة على طائرة يمكن أن تخترق لوحات الصلب أو الصخرة.

وثمة عامل حاسم آخر هو فقاعة الغاز التي تتوسع بعد التفجير، ففي الأرض، يتكاثر الغاز في الغلاف الجوي؛ وفي المياه الجوفية، تهب الفقاعة عدة مرات قبل الانهيار، يؤدي كل من التلقيح إلى نبض ضغط ثانوي، ويمكن أن تسبب هذه النبضات أضرارا في الحياة البحرية أو الهياكل أو قاع البحار المحيطة بها، ولإدارة ذلك، يستخدم المهندسون أنماطا مخففة من الضغط المتأخر - مما يؤدي إلى إطلاق نبضوبات متعددة.

ويجب أن تصاغ المتفجرات نفسها لتتحمل ضغطاً عالياً من الهيدروستاتيكات وأن تظل مستقرة في مياه البحر، كما أن المتفجرات القذفية - خليط من نترات الأمونيوم، وزيت الوقود، وأجهزة التوعية - هي الخيار الأكثر شيوعاً لأنها مقاومة للمياه ويمكن ضخها من خلال هوايات، وتستخدم بعض العمليات المتفجرات المغلفة في قذائف مضادة للمياه، كما يختبر الباحثون [الضغوط: 0]

الاختلافات في التبليغات الأرضية

  • Water depth effects:] At depth, ambient pressure compresses the gas bubble, reducing its radius and secondary pulses. This can actually lower the far-field shockwave compared to a near-surface blast.
  • Coupling to rock:] Underwater, the explosive energy couples into the seabed through the water column. The sediment layer at the seafloor absorbs some energy, but hard rock transfers shock efficiently.
  • no fly rock:] contrast land blasting, the water column contains most fragments. However, debris can still become waterborne and impact nearby benthic communities.
  • Safety protocols:] Underwater blasting requires remotely operated fire systems, acoustic monitoring, and exclusion zones for vessels and submersibles.

مزايا استخراج المتفجرات

وعندما يتم نشرها بشكل صحيح، يمكن للمتفجرات أن تتفوق على الأدوات الميكانيكية عبر مقاييس متعددة تهم اقتصاديات التعدين في أعماق البحار.

الكفاءة

ويمكن أن يكسر انفجار واحد مئات من أمتار الصخور المكعبة، وفي التجارب التي أجرتها السلطة الدولية لقاع البحار ، وبرامج البحث (ISA)، وشحنة واحدة من طاقمها 50 كيلوغراما، مجهزة في وديعة من الكبريت الكبيرة في قاع البحر، تمكنت من فرز ما يكفي من المواد لملء رأس تعدين كامل في منطقة استرجاع واحدة.

التكلفة - الأثر

أما المتفجرات فهي غير مكلفة لكل وحدة من وحدات الطاقة، إذ يمكن أن يتجاوز استهلاك الطاقة من الطاقة الكهربائية 50 دولاراً لكل متر مكعب عند استخدامه في دعم النفط الخام، ويقلل الغليان من الحاجة إلى نظم ميكانيكية ثقيلة، تكون باهظة التكلفة لبناء وصيانة بيئة مائية.

الوصول إلى الودائع العميقة

فالأجهزة الميكانيكية لها حدود عمق عملية: فالنظم الهيدروليكية التي تضعف تحت ضغط شديد، والتلاعب عن بعد يصبح متباطئا، والمتفجرات غير سليمة - وهي تتطلب فقط نظاما للتسليم يمكن أن يتحمل العمق، وقد استخدمت الرسوم الموزعة على عمق ٦,٦ متر من أجل استكمال النفط والغاز، مما يدل على أن المتفجرات يمكن أن تعمل في المناطق التي يكافح فيها الإنسان الآلي.

انخفاض الاضطرابات في قاع البحار في بعض المناطق

وعلى العكس من ذلك، يمكن أن يتسبب نمط التفجيرات المصمم جيدا في حدوث تعطيل مادي ] بدون رأس مقطع آلي يحفر فروانا واسعة النطاق، ويمكن وضع المتفجرات في طلقات منفصلة، مما يترك الرواسب المحيطة سليمة، أما بالنسبة للكائنات الحية المتطايرة التي تعيش في أعلي عدد قليل من الخردة، فإن الإنفجارات الصغيرة قد تؤثر على

التحديات البيئية والتخفيف من آثارها

أهم حاجز في استخدام المتفجرات في التعدين في أعماق البحار هو احتمال وقوع ضرر إيكولوجي، المحيط هو بيئة متصلة بثلاثة الأبعاد، آثار الانفجار تمزقت عبر عمود المياه وعبر قاع البحر.

الأحذية و تأثير الضوضاء

فالتفجيرات تحت الماء تولد موجة ضغط يمكن أن تقتل أو تصيب الحيوانات البحرية في نطاق واسع، فالصيد الذي يحمل مثانة سباحة معرض للتأثر بوجه خاص: فالتغير السريع في الضغط يمكن أن يمزق أجهزتها الداخلية، إذ يمكن أن تعاني الثدييات البحرية التي تعتمد على الصود من فقدان سمعي مؤقت أو دائم.وتظهر الدراسات المتعلقة بالمسح الجوي السيزمي - الذي ينتج نبضات صوتية غير مفجرة - أن الاضطرابات السلوكية تحدث ضغطا من المصادر(70).

  • Bubble curtains:] A ring of air bubbles released around the blast site attenuate the shockwave by reflecting and absorbing acoustic energy. Field tests by the Norwegian Institute for Water Research (NIVA) have shown that bubble curtains can reduce shockwave top pressure by 80-95%.
  • Sequential firing:] Delay blasting reduces the total immediateaneous energy release, lowering the top pressure at any moment.
  • Exclusion zones:] Sonar monitoring detects marine mammals approaching the blast area; firing is delayed until they leave, following protocols similar to those used for naval explosive munitions disposal.

الخريجات المقسمة والزرار الجسيمات

(ب) تفجر رسوبيات قاع البحار، مما يخلق السباكات التي يمكن أن تسافر على بعد كيلومتر مع التيار السفلي، وتشتت الجسيمات المعلقة الكائنات التي ترشّح الأموات وتخفض التغلّب الخفيف إذا ما وصلت إلى منطقة الفوتات، وتظل تركيبة مساحات السباكة معلقة لأيام، بينما تستوطن الرمال المتسربة بسرعة.

سمية المواد

وتترك هذه المواد الكيميائية بقايا المعادن الثقيلة ومركبات الأمونيوم والنيترات، وفي بيئة من الهباء الوبائي، يمكن أن تصل إلى تركيزات سامة للحياة البنفسجية، كما أن تطوير تركيبات متفجرة سهلة الاستعمال ذات أولوية، مثل المتفجرات ذات المقياس البيروكسي والخلائط المعدنية الرجعية (مثلاً، الدراسات المتعلقة بالماء الضعيف).

Long-Term Ecosystem Recovery

ونظرا لأن النظم الإيكولوجية في أعماق البحار تنمو ببطء - وقد تكون هناك عقاربة واحدة - يمكن أن تستغرق الاسترداد من حدث واحد من حوادث الانفجارات عقودا أو أكثر، وتحتاج الوكالة الدولية للطاقة الذرية إلى تقييمات للأثر البيئي تشمل الدراسات الاستقصائية الأساسية، ورصد الانتعاش، وخطط الإصلاح، غير أن البيانات الأساسية للعديد من مجالات العقود لا تزال متفرقة، أما أطر الإدارة التصحيحية التي يُقيَّد فيها الانفجار إذا تبين أثرا غير مقبول، فتقترحها المنظمات البيئية غير الحكومية وبعض شركات التعدين.

تصريف الأراضي

ولم يبدأ بعد التعدين التجاري في أعماق البحار، ولكن عقود الاستكشاف تغطي ١,٣ مليون كيلومتر مربع من قاع البحار في إطار الوكالة الدولية للطاقة الذرية، وستنظم مدونة التعدين ]الجبهة[: ١] - التي لا تزال قيد الإنشاء - استخدام المتفجرات، وتقتضي مشاريع الأنظمة من المشغلين أن يثبتوا أن التفجير هو الطريقة الوحيدة الممكنة، وأن يستخدم أدنى وزن ممكن من الشحنات، وأن ينفذ أفضل تدابير التخفيف المتاحة.

وتختلف التشريعات الوطنية، حيث تقوم النرويج بوضع قانون للتعدين في قاع البحار يُعنى صراحة بالمتفجرات، مع اشتراط إجراء استعراض مستقل لأساليب التفجير، وقد دعت جزر كوك، التي لديها حقول من العقيدات الواسعة، إلى وقف التعدين إلى أن تثبت الضمانات البيئية، وفي ردها، تلتزم بعض المتعاقدين في مجال التعدين طوعا بعدم استخدام المتفجرات في المرحلة الأولى من الاختبار التجريبي، بدلا من التركيز على جمع المواد الميكانيكية.

كما أن الضغط الدولي آخذ في الارتفاع، وقد أكد مؤتمر القمة العالمي لحماية المحيطات التابع للأمم المتحدة على ضرورة اتباع نهج تحوطي إزاء أي أسلوب جديد للاستغلال، وتقول الجماعات البيئية إنه ينبغي ألا يمضي التعدين في أعماق البحار إلى أن يتم فهم الآثار الكاملة للمتفجرات على المدى الطويل، ويمكن أن تشكل مضادات الصناعة التي تدار بعناية الإنفجار جزءا من استراتيجية لاستخراج منخفضة الأثر.

الابتكارات التكنولوجية التي تشكل المستقبل

وتحوّل أوجه التقدم في مجال المراقبة الرقمية والاستشعار وعلوم المواد إلى استخدام المتفجرات من أداة مُجَرَّفة إلى طريقة دقيقة ومُوجَّهة نحو البيانات.

نظم التفجير الدقيقة

ويتيح المفجرات الدقيقة الثانية الدقيقة للمهندسين تشكيل نمط التجزؤ، وبدلا من الانفجار الكبير الوحيد، يمكن أن تقطع سلسلة من الرسوم المصاغة الصغيرة لوحات تصميم حول حجر معدني، مما يجعل الصخور المحيطة سليمة، وتقيس أجهزة الاستشعار الصوتية في الوقت الحقيقي فعالية كل طلقة وتغذيتها إلى التسلسل، وتكيف الشركات مثل أوريكا،

رسم الخرائط والتنسيب في قاع البحار

وقبل أي فرصة، يتم رسم المنطقة المستهدفة باستخدام التنميط المتعدد الأزونار وشبه الذرّات، وتُدمج هذه المجموعات في نموذج 3D من الكتلة الصخرية، وتوضع الرسوم المتفجرة على أعماق وتوجهات محددة، استنادا إلى توقعات النموذج بشأن كيفية انتشار الانفجار، مما يقلل من مجموع الكتلة المتفجرة اللازمة ويقلل من النفايات.

الرصد البيئي في الوقت الحقيقي

وتوفر مجموعة من الهواتف الهيدروفونية، ومستشعرات الضغط، ومعينات المياه التي تنشر حول موقع الانفجار بيانات فورية عن الأثر الفعلي، وإذا تجاوزت الموجة الصدمة عتبة ما قبل بدء التشغيل، أو إذا ارتفع تركيز الرواسب فوق حد آمن، يمكن تمهيد العمليات أو تعديل نمط الانفجارات، وهذا التحكم في الصوت المغلقة ضروري لإثبات إمكانية إجراء الإنفجار في حدود تنظيمية.

المتفجرات الخضراء ومصادر الطاقة العتيقة

فبعد تغيرات التركيبة، بدأت تظهر نُهج بديلة للكسر، وتُختبر تكنولوجيا النبض الكهربائي - إرسال نبضات عالية الحركة عبر المياه لخلق قناة البلازما التي تكسر الصخور - كبديل غير مفجّر، غير أنها تتطلب مولدات طاقة سطحية ضخمة، وتقتصر حاليا على أحجام صغيرة، ويستخدم اتجاه آخر مسحوقا معدنيا رد الفعل الذي يخترق تحت الماء لإنتاج الغاز دون صدمة.

رأس الطريق: التوازن بين الملامح والكوكب

فالاستعمال المتفجر في التعدين في أعماق البحار يمتد إلى مفترق طرق، ومن جهة، فإن هذه الطريقة تتيح طريقاً لفتح الموارد المعدنية الضرورية لانتقال الطاقة الخضراء - البطاريات، والمغنطس، والإلكترونيات تعتمد على المواد التي تتركز في أعماق المحيطات، ومن جهة أخرى، فإن المخاطر الإيكولوجية مرتفعة، كما أن التسامح العام إزاء الأضرار التي لا يمكن عكسها للموائل البكرانية منخفض.

إن أكثر الطرق واعدة إلى الأمام تنطوي على اختبارات صارمة في ظل ظروف العالم الحقيقي، ومن المؤكد أن عقود الاستغلال الأولى التي أبرمتها الوكالة الدولية للطاقة الذرية، والتي يتوقع أن تصدر في غضون السنوات القليلة القادمة، ستشمل نهجا تدريجيا: إجراء عمليات جني ميكانيكية أولية، تليها محاكمات صغيرة للإنفجار في العقيدات غير المشغلة، ثم الترخيص فقط بالعمليات المتفجرة الكاملة، وستتطلب كل مرحلة تبادلا شفافا للبيانات واستعراضا بيئيا مستقلا.

ويجب أن يعمل كل من الصناعة والمنظمين والعلماء معا لوضع معايير عملية وحمائية، ويعني ذلك الاستثمار في المتفجرات الصديقة للبيئة، وتحسين قدرتنا على التنبؤ بالآثار الصوتية والتخفيف منها، وإنشاء نظم رصد يمكن أن تكشف الضرر قبل أن يصبح لا رجعة فيه، وإذا ما كانت تلك القطع متسقة، يمكن أن تصبح المتفجرات أداة مسؤولة في مجموعة أدوات التعدين في أعماق البحار - وليس حلا للقوى الكثيفة، بل طريقة مصممة بدقة تتعايش مع النظم الإيكولوجية الهشة في البحر.

في الوقت الحالي، تمضي الصناعة بحذر، إن مستقبل استخدام المتفجرات في التعدين في أعماق البحار سيشكل ليس فقط ما يمكن أن تفعله التكنولوجيا، بل أيضاً ما هو مُستعد لقبوله المجتمع، مع التوازن الصحيح بين الابتكار والإدارة، يمكن للمتفجرات أن تساعد على تلبية الاحتياجات المعدنية في العالم دون التضحية بصحة محيطاتنا.