Vuonna 1872 HMS Challenger -laiva purjehti Portsmouthin satamasta 1 000 päivän tutkimusmatkalle.
Se kuljetti maailman merillä tutkijoita, jotka keräsivät tietoa lämpötiloista, merivirroista ja meriveden kemiallisten ominaisuuksien vaihtelusta sekä ottivat näytteitä useiden kilometrien syvyydessä lymyävästä pimeästä merenpohjasta. Liejuisista näytteistä löydettiin pieniä, kovia kokkareita, joiden todettiin sisältävät sellaisia metalleja kuin mangaania, nikkeliä ja kuparia.
Nyt, melkein 150 vuotta myöhemmin, koko maailma on joutumassa kultakuumeen valtaan samojen metallien himossa. Kilpaa merenpohjaan pyrkivät muun muassa Kiinan ja Japanin valtionyhtiöt ja useat eurooppalaiset yksityisyritykset.
Kiinnostus lisääntyy kaiken aikaa, sillä maailmanlaajuinen vihreä siirtymä tarkoittaa roimaa metallien kysynnän kasvua.
Tarvitaan esimerkiksi enemmän kuparia johtoihin, jotta voidaan sähköistää kemianteollisuus ja liikenne sekä luopua fossiilisista polttoaineista myös energiantuotannossa.
Lisäksi vaaditaan lisää harvinaisia maametalleja vaikkapa tuulivoimaloiden sähkögeneraattoreiden magneetteihin ja vedyllä toimiviin polttokennoihin, jotka tuottavat sähköä saastuttamatta. Myös koboltti on nykyään välttämätöntä litiumioniakuissa, joilla on tärkeä osa vihreässä vallankumouksessa.
Meri-imuri nielee metallipalleroita
Kaivosrobotti Patania II imuroi merenpohjasta mangaanimyhkyjä, joissa on vihreälle tekniikalle tärkeitä metalleja. Konetta testataan Tyynellämerellä Clippertonin murtumavyöhykkeellä.
Kaivosalus ohjaa ”pölynimuria”
Patania II:ta ohjataan johdolla kaivosaluksesta. Johto kestää 25-tonnisen robotin painon, kun se nostetaan 4,5 kilometrin syvyydessä olevasta merenpohjasta ja siirretään uuteen paikkaan. Meri-imurin takana olevalla yhtiöllä on lupa toimia 76 728 neliökilometrin laajuisella alueella.
Mangaanimyhky kasvaa hain hampaan ympärille
Myhkyjä syntyy veden metallioksidien asettuessa pienille kuorille tai hainhampaille. Myhkyjen läpimitta on 3–10 senttiä, ja ne kasvavat miljoonien vuosien kuluessa. Clippertonin murtumavyöhykkeellä myhkyjä arvioidaan olevan yli 20 000 miljardin euron arvosta.
Suulake poimii myhkyt koneeseen
Koneen etuosa on varustettu neljällä "pölynimurilla", joissa kaikissa on kaksi vettä nostoputkeen työntävää letkua. Veden läpivirtaus saa aikaan alipaineen pohjan pintaan, ja nostoputkeen syntyvä imu nappaa mangaanimyhkyt koneeseen.
Myhkyt kerääntyvät varastosäiliöön
Merenpohjan kerrostumasta erotetaan mangaanimyhkyt. Ne kulkeutuvat koneen takaosaan. Siellä pumppu työntää ne varastosäiliöön. Kun se vaatii tyhjennystä, kone kasaa mangaanimyhkyt merenpohjaan nostettavaksi kaivosalukseen pumppaamalla.
Nykyiset mantereiden kaivokset eivät pysty tyydyttämään tarvetta, ja ne ovat ongelmallisia ympäristön ja ilmaston kannalta.
Kaivostoiminta muun muassa muuttaa maastoa ja aiheuttaa myrkyllisiä päästöjä. Tilannetta voi parantaa tekniikka, joka jo mahdollistaa kaivosten siirtämisen meriin.
Kaivosyhtiöt ja insinöörit ovat kehittäneet valtavia imuria muistuttavia koneita, jotka liikkuvat merenpohjassa keräämässä metallisia palleroita.
Jotkin mallit murskaavat merellistä maankuorta ja tuliperäisten merenpohjan lähteiden piippuja, jotka myös sisältävät arvokkaita metalleja. Vielä ei tiedetä, voivatko merikaivokset lunastaa odotukset pilaamatta meriluontoa.
Jos toive toteutuu, merenpohjasta voi tulla vihreän vallankumouksen Klondike – ja jättää mantereiden saastuttavat kaivokset sivuosaan.
Merenpohjaan kätkeytyy aarre
Vihreä vallankumous edellyttää sitä, että tuuli- ja aurinkosähköä pystytään siirtämään nopeasti sinne, missä sitä tarvitaan.
Ratkaisu on ytimekkäästi ilmaistuna suurempi ja tiheämpi maanosien välinen siirtoverkko. Kaapelit sisältävät kuparia, joka on nykyään peräisin mantereiden kaivoksista.
Andien vuoristossa toimivien Chilen avokaivosten osuus tuotannosta on 40 prosenttia. Ne jättävät maastoon kraattereita, ja koska malmin kuparipitoisuus on vain prosentti, metalli pitää erottaa myrkyllisillä kemikaaleilla.
Haitallinen kaivannaisjäte aiheuttaa ympäristöongelmia, kun myrkyt pääsevät saastuttamaan pohja- tai pintavettä.
Kupari on vain yksi monista vihreän vallankumouksen kannalta ongelmallisista raaka-aineista. Etenkin koboltin ylle lankeaa ilmastotekniikan tumma varjo.
25 tonnia painaa ”pölynimuri” Patania II, joka kerää metallimyhkyjä merenpohjasta.
Tätä yleisesti sähköautojen akuissa käytettävää metallia tuottavat runsaasti Kongon demokraattisen tasavallan kaivokset, jotka toimivat herkästi vahingoittuvissa sademetsissä ja värväävät hengenvaarallisiin olosuhteisiin halpatyövoimaksi myös lapsia.
Lisäksi kaivostoimintaa harjoitetaan kriisialueilla. Juuri sähköautojen akkuihin tarvittavien metallien kulutus kasvaa kovaa vauhtia. BloombergNEF-tutkimuslaitoksen ennusteen mukaan seitsemän akuissa keskeisen aineen, kuten kuparin, koboltin, litiumin ja alumiinin, kysyntä jää vuonna 2020 alle miljoonaan tonniin, mutta se ylittää seitsemän miljoonan tonnin rajan vuonna 2030 – eli se seitsenkertaistuu vuosikymmenessä.
Siksi kaivosyhtiöt suuntaavat katseensa merenpohjaan. Tutkitusti valtamerissä piilee 4–5 kilometrin syvyydessä aarre hyvin metallipitoisina mineraaliesiintyminä.
Selvitykset vihjaavat veden alla olevan enemmän metallia kuin mantereilla yhteensä.
Erityisesti kolmea merenpohjan tyyppiä pidetään kiinnostavina. Ensimmäinen tyyppi on vedenalaisten vuoristojen laet, joissa maankuori sisältää paljon esimerkiksi autojen pakokaasuja puhdistavissa katalysaattoreissa käytettävää platinaa.
Kaivosrobotit voivat murskata vuorenhuippuja ja pumpata murskeen laivaan.
Mustien savuttajien eli merenpohjan kuumien lähteiden vesi sisältää muun muassa kuparia ja hopeaa. Itse piiput muodostuvat metallisulfideista, jotka ovat liuonneet maankuoresta.
Toinen tyyppi on merenpohjan murtumavyöhykkeiden kuumat lähteet, joista kumpuavan veden runsasmetalliset rikkiyhdisteet muodostavat suppiloita.
Näiden niin sanottujen mustien savuttajien piipuissa on kuparia, lyijyä, sinkkiä, kultaa ja hopeaa. Monta metriä leveät koneet voivat kovilla volframikarbiditerillään hajottaa piippuja kappaleiksi, jotka imetään laivaan.
Menetelmää on testattu aikoinaan Uuden-Guinean saaren ja viimeksi Japanin Okinawan lähistössä.
Kolmas ja eniten kaivosyhtiöissä kultakuumetta nostava alue sijaitsee kansainvälisillä vesillä ainakin 370 kilometrin päässä rannikosta. Merenpohjassa esiintyy laajalti tennispallon kokoisia niin sanottuja mangaanimyhkyjä, jotka koostuvat melkein kokonaan metalleista.
Noin neljäsosa myhkystä on mangaania, jota käytetään valmistettaessa terästä ja lasia. Lisäksi myhkyissä on runsaasti nikkeliä, kobolttia, kuparia ja molybdeeniä.
Verrattuna vedenalaisiin vuorenhuippuihin ja mustiin savuttajiin etuna pidetään sitä, että myhkyt ovat irrallaan merenpohjassa ja siten imettävissä pinnalle ilman louhintaa.
Mantereiden malmimassoihin suhteutettuna myhkyissä on seitsenkertaisesti kuparia kiloa kohti, ja myhkyt koostuvat muutenkin hyödyllisistä metalleista.
Merikaivos ei ole siis yhtä riippuvainen myrkyllisistä tuotantokemikaaleista.
Metallipallerot kätkevät sisäänsä enemmän kobolttia kuin mantereiden tunnetut esiintymät.
Merkittävää on myös se, että kyse on melkeinpä ehtymättömästä luonnonvarasta: asiantuntija-arvioiden mukaan biljoonat eli tuhannet miljardit (ykkönen ja 12 nollaa) myhkyt odottavat ottajaansa.
Mangaanimyhkyt ovat tennispallojen kokoisia ja niissä on paljon myös nikkeliä, kobolttia, kuparia ja molybdeeniä.
Vedenalaisten mineraalien hyödyntämistä ohjaava YK:n alainen Kansainvälinen merenpohjajärjestö ISA on myöntänyt kaivosyhtiöille 29 tutkimuslupaa.
Niistä 16 koskee Clippertonin murtumavyöhykettä Tyynellämerellä. Siellä mangaanimyhkyjä on yllin kyllin. Belgialaisyhtiö Global Sea Mineral Resources (GSR) testaa tällä 76 728 neliökilometrin alueella Patania II -nimistä ”pölynimuriaan” 0,9 neliökilometrin alalla.
Kone alkaa poimia palleroita
Linja-auton kokoinen Patania II painaa 25 tonnia. Se turvautuu mangaanimyhkyjen keräämisessä vesipumppuihin, jotka luovat alipaineen merenpohjan pinnalle ja saavat aikaan myhkyjä nostavan imun.
Myhkyt seuloutuvat kerrostumasta, kulkevat koneen peräosaan ja siirtyvät edelleen merenpohjalle tyhjentyvään varastosäiliöön. Kun keräysrupeama päättyy, pinnalta lasketaan putki, joka imee saaliin alukseen.
Patania II:n tukialus koekäytön aikana on saksalainen tutkimuslaiva Sonne, josta lähetetään pienoissukellusvene ja mittauslaitteita merenpohjaan havainnoimaan toiminnan ympäristövaikutuksia neljän kilometrin syvyydessä.
Kaivostoiminnan on aiemmin todettu tuhoavan merenpohjaa. Vuonna 1989 saksalaiset tutkijat jäljittelivät Tyynellämerellä mangaanimyhkyjen imurointia äestämällä.
Paikalla käytiin viimeksi vuonna 2015 arvioimassa muokkauksen seurauksia. Merenpohja oli yhä autio.
Merikaivos: vihreää tekniikkaa vai ekotuho?
Merikaivoksilla vastattaisiin vihreän tekniikan aiheuttamaan metallien kysyntään ja korvattaisiin mantereiden saastuttavaa kaivostoimintaa. Vaarana on kuitenkin merenpohjan ja sen koskemattomien ekosysteemien pilaatuminen.
Puolesta: Metalleja käytetään ilmaston hyväksi
Merenpohjaan kätkeytyy metalleja, joista tulee pulaa vihreämmässä maailmassa muun muassa sähköautojen korvatessa bensiinikäyttöisiä autoja. Sähköauton akusto sisältää nykyään yleensä litiumin ohella merkittäviä määriä kuparia, alumiinia, nikkeliä ja kobolttia. Kysyntä kasvanee roimasti kymmenessä vuodessa. Alla oleva kaavio kuvaa seitsemää keskeistä akkuainetta. Tarve on vuonna 2020 alle miljoona tonnia, mutta se voi ylittää 7 miljoonaa tonnia vuonna 2030.
Vastaan: Isot koneet voivat pilata meriluontoa
Kun kaivoskoneet murskaavat vedenalaisia vuoria, jauhavat mustien savuttajien piippuja tai imevät mangaanimyhkyjä, merenpohja autioituu ja eläinten elinympäristöt tuhoutuvat. Vaikka mangaanimyhkyjen "imurointi" vaikuttaa merenpohjaa murskaamattomana vähiten vahingolliselta menetelmältä, se aiheuttaa siltiksi kutsutun hienorakeisen maalajin nousua, joka samentaa vettä. Syynä ovat koneiden paino ja liike sekä pumput, jotka liikuttavat vettä. Siltti on haitallista kaloille ja muille vesieliöille, joten keskeinen kysymys on, nousevatko meri-imureiden nostattamat silttipyörteet meren yläosaan eli alle kilometrin syvyyteen, jossa biologinen monimuotoisuus on suurimmillaan. Kaivosyhtiö GSR pyrkii ottamaan asiasta selvää vuoden 2020 aikana.
Tutkimukset ovat paljastaneet syvänmeren lajiston hämmästyttävän rikkaaksi. Siellä esiintyy kaloja, matoja, äyriäisiä, sieniä sekä merimakkaroita, -tähtiä ja -siilejä.
Elinympäristöt vahingoittuvat väistämättömästi siellä, missä harjoitetaan kaivostoimintaa, mutta on olemassa toinenkin uhka. Kun Patania II:n kaltainen kone imee myhkyjä merenpohjasta, vettä samentavat siltiksi kutsutusta hienorakeisesta maalajista muodostuvat pyörteet. Ne voivat nousta meren yläosaan ja aiheuttaa haittaa siellä.
Merikaivosten tulevaisuus riippuu siitä, saadaanko koneista luontoa mahdollisimman vähän kuormittavia. Tästä syystä GSR on varustanut Patania II:n mittausvälineellä, joka huolehtii siitä, että vesipumppujen aikaansaama alipaine vaikuttaa vain merenpohjan pintaan eikä ”pöllytä” kerrostumaa voimakkaasti.
SUKELLA merenpohjaan katsomaan mangaanimyhkyjen imurointia.
Massachusettsin teknillinen korkeakoulu (MIT) on laatinut animaation, jossa niin sanotut meri-imurit imevät mangaanimyhkyjä merenpohjasta.
GSR:n mallinnusten mukaan siltti pyörteilee 3–10 kilometrin säteelle imurista, ennen kuin hiukkaset alkavat vajota takaisin merenpohjaan.
Patania II:n koekäytön toivotaan paljastavan muun muassa, kannattaako myhkyjä kerätä viivasuorasti niin, että linjojen väliin jää aina koskematon alue, ja voidaanko meren virtausten avulla ehkäistä siltin leviämistä.
Olivatpa tulokset sitten millaisia tahansa, ISA:n odotetaan määräävän suunnilleen kolmasosan Clippertonin murtumavyöhykkeestä suojeltavaksi.
Ehkä ilmastonmuutos ei jätä ihmiskunnalle muuta vaihtoehtoa kuin kajota merenpohjan aarteisiin.
Maailmanpankin toukokuussa 2020 julkistaman raportin mukaan sellaisten aineiden kuin litiumin, koboltin ja grafiitin tuotannon pitää kasvaa peräti 500 prosenttia vuoteen 2050 mennessä, jos lämpötilan nousu aiotaan pitää Pariisin sopimuksen mukaisesti alle kahdessa asteessa.
Mantereiden kaivoksilla on varmasti vaikeuksia vastata kysyntään. Siksi jo 150 vuotta tunnetut pallerot saattavat toimittaa metallit vihreälle vallankumoukselle.
Muun muassa Oxfordin yliopiston tutkijat totesivat vuonna 2018, että merikaivokset ovat enää vain ajan kysymys.