Los nódulos polimetálicos , también llamados nódulos de manganeso , son concreciones minerales en el fondo del mar formadas por capas concéntricas de hidróxidos de hierro y manganeso alrededor de un núcleo. Como los nódulos se pueden encontrar en grandes cantidades y contienen metales valiosos, los depósitos se han identificado como un interés económico potencial. [1] Dependiendo de su composición y elección autorial, también pueden llamarse nódulos de ferromanganeso . Los nódulos de ferromanganeso son concreciones minerales compuestas de silicatos y óxidos de hierro y manganeso insolubles que se forman en el fondo marino del océano y los suelos terrestres . El mecanismo de formación implica una serie de oscilaciones redox impulsadas por procesos tanto abióticos como bióticos . [2] Como subproducto de la pedogénesis , la composición específica de un nódulo de ferromanganeso depende de la composición del suelo circundante. [2] Los mecanismos de formación y la composición de los nódulos permiten acoplamientos con ciclos biogeoquímicos más allá del hierro y el manganeso. [2] La alta abundancia relativa de níquel , cobre , manganeso y otros metales raros en los nódulos ha aumentado el interés en su uso como recurso minero. [3] [4]
Los nódulos varían en tamaño desde partículas diminutas visibles solo bajo un microscopio hasta grandes bolitas de más de 20 centímetros (8 pulgadas) de diámetro. Sin embargo, la mayoría de los nódulos tienen entre 3 y 10 cm (1 y 4 pulgadas) de diámetro, aproximadamente el tamaño de un huevo de gallina o una papa . Sus texturas superficiales varían de lisas a rugosas. Con frecuencia tienen una textura botrioidal (mamillada o nudosa) y varían de forma esférica a típicamente oblata , a veces prolada o irregular. La superficie inferior, enterrada en sedimento , es generalmente más rugosa que la superior debido a un tipo diferente de crecimiento . [5]
Los nódulos se encuentran sobre el sedimento del fondo marino , a menudo enterrados parcial o totalmente. Su abundancia varía considerablemente; en algunos casos se tocan entre sí y cubren más del 70% de la superficie del fondo marino. Alan A. Archer, del Museo Geológico de Londres, estimó en 1981 que la cantidad total de nódulos polimetálicos en el fondo marino era de 500 mil millones de toneladas . [6]
Los nódulos polimetálicos se encuentran tanto en aguas poco profundas (por ejemplo, el mar Báltico [7] ) como en aguas más profundas (por ejemplo, el Pacífico central ), incluso en lagos, [8] y se cree que han sido una característica de los mares y océanos al menos desde que los océanos profundos se oxigenaron en el período Ediacárico hace más de 540 millones de años. [9]
Los nódulos polimetálicos fueron descubiertos en 1868 en el mar de Kara , en el océano Ártico de Siberia . Durante las expediciones científicas del HMS Challenger (1872-1876), se descubrió que se encuentran en la mayoría de los océanos del mundo. [10]
Su composición varía según la ubicación y se han encontrado depósitos importantes en las siguientes áreas:
Los mayores de estos depósitos en términos de abundancia de nódulos y concentración de metales se encuentran en la Zona Clarion Clipperton, en vastas llanuras abisales en las profundidades del océano entre 4.000 y 6.000 m (13.000 y 20.000 pies). La Autoridad Internacional de los Fondos Marinos estima que la cantidad total de nódulos en la Zona Clarion Clipperton supera los 21 mil millones de toneladas (Bt), conteniendo alrededor de 5,95 Bt de manganeso , 0,27 Bt de níquel , 0,23 Bt de cobre y 0,05 Bt de cobalto . [5]
Todos estos depósitos se encuentran en aguas internacionales, excepto la cuenca de Penrhyn, que se encuentra dentro de la zona económica exclusiva de las Islas Cook .
En ambientes tanto marinos como terrestres, los nódulos de ferromanganeso están compuestos principalmente de concreciones de óxido de hierro y manganeso sostenidas por una matriz de aluminosilicato y que rodean un núcleo. [2] [3] Normalmente, los nódulos terrestres están más enriquecidos en hierro, mientras que los nódulos marinos tienden a tener proporciones de manganeso a hierro más altas, dependiendo del mecanismo de formación y la composición sedimentaria circundante. [2] [3] Independientemente de dónde se formen, los nódulos se caracterizan por el enriquecimiento en hierro, manganeso, metales pesados y contenido de elementos de tierras raras en comparación con la corteza terrestre y el sedimento circundante. [3] Sin embargo, los elementos ligados orgánicamente en el entorno circundante no se incorporan fácilmente a los nódulos. [3]
En el fondo marino, la abundancia de nódulos varía y probablemente esté controlada por el espesor y la estabilidad de una capa geoquímicamente activa que se forma en el fondo marino. [15] El tipo de sedimento pelágico y la batimetría (o geomorfología ) del fondo marino probablemente influyan en las características de la capa geoquímicamente activa.
El crecimiento de nódulos es uno de los fenómenos geológicos más lentos conocidos , del orden de un centímetro durante varios millones de años. [16] Se plantea la hipótesis de que varios procesos están involucrados en la formación de nódulos, incluyendo la precipitación de metales del agua de mar , la removilización de manganeso en la columna de agua (diagenético), la derivación de metales de fuentes termales asociadas con la actividad volcánica ( hidrotermal ), la descomposición de restos basálticos por agua de mar y la precipitación de hidróxidos metálicos a través de la actividad de microorganismos (biogénico). [17] La sorción de cationes divalentes como Mn 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Ni 2+ y Cu 2+ en la superficie de Mn- y Fe-oxihidróxidos , conocidos por ser fuertes sorbentes , también juega un papel principal en la acumulación de estos metales de transición en los nódulos de manganeso. Estos procesos ( precipitación , sorción , complejación superficial, precipitación superficial, incorporación por formación de soluciones sólidas ...) pueden operar simultáneamente o sucederse durante la formación de un nódulo.
Los nódulos de manganeso están compuestos esencialmente de filomanganatos hidratados. Estos son minerales de óxido de Mn en capas con intercapas que contienen moléculas de agua en cantidades variables. Interactúan fuertemente con metales traza ( Co 2+ , Ni 2+ ) debido a las vacantes octaédricas presentes en sus capas. Las propiedades particulares de los filomanganatos explican el papel que desempeñan en muchos procesos de concentración geoquímica. Incorporan trazas de metales de transición principalmente a través del intercambio de cationes [18] en su intercapa como minerales arcillosos y la complejación superficial [19] por formación de complejos de esferas internas en la superficie del óxido como también es el caso de los óxidos férricos hidratados , HFO. [20] Ligeras variaciones en su estructura cristalográfica y composición mineralógica pueden resultar en cambios considerables en su reactividad química. [21]
La composición mineral de los minerales que contienen manganeso depende de cómo se forman los nódulos; los nódulos sedimentarios , que tienen un contenido de Mn 2+ menor que los diagenéticos , están dominados por Fe-vernadite, Mn- feroxyhyte y asbolane - buserite, mientras que los nódulos diagenéticos están dominados por buserite I, birnessite , todorokite y asbolane-buserite. [18] Los tipos de crecimiento denominados diagenético e hidrogenético reflejan un crecimiento subóxico y óxico , que a su vez podría estar relacionado con períodos de clima interglacial y glacial . Se ha estimado que las capas subóxicas-diagenéticas de tipo 2 constituyen alrededor del 50-60% del inventario químico de los nódulos de la Zona Clarion Clipperton (CCZ), mientras que las capas óxicas-hidrogenéticas de tipo 1 comprenden alrededor del 35-40%. La parte restante (5–10%) de los nódulos consiste en partículas de sedimentos incorporadas que se encuentran a lo largo de grietas y poros . [22]
La composición química de los nódulos varía según el tipo de minerales de manganeso y el tamaño y las características de su núcleo. Los de mayor interés económico contienen manganeso (27-30 % en peso), níquel (1,25-1,5 % en peso), cobre (1-1,4 % en peso) y cobalto (0,2-0,25 % en peso). Otros componentes incluyen hierro (6 % en peso), silicio (5 % en peso) y aluminio (3 % en peso), con cantidades menores de calcio , sodio , magnesio , potasio , titanio y bario , junto con hidrógeno y oxígeno , así como agua de cristalización y agua libre. En un nódulo de manganeso dado, hay una parte de óxido de hierro por cada dos partes de dióxido de manganeso. [23]
En los nódulos se encuentra una amplia gama de oligoelementos y minerales traza, muchos de los cuales se incorporan desde el sedimento del fondo marino, que a su vez incluye partículas transportadas como polvo desde todo el planeta antes de depositarse en el fondo marino . [5]
El tamaño de los nódulos de ferromanganeso marino puede variar desde un diámetro de 1 a 15 cm, rodeando un núcleo. [3] [4] El núcleo en sí puede estar hecho de una variedad de objetos pequeños en el entorno circundante, incluidos fragmentos de nódulos previamente descompuestos, fragmentos de roca o materia biogénica hundida. [3] La composición total de los nódulos varía según el mecanismo de formación, dividido en dos categorías principales: hidrogenético y diagenético . [4] Los nódulos hidrogenéticos tienen un mayor enriquecimiento de hierro y cobalto con proporciones de manganeso a hierro menores de 2,5, mientras que los nódulos diagenéticos están más enriquecidos con manganeso, níquel y cobre con proporciones de manganeso a hierro típicamente entre 2,5 a 5 pero hasta 30+ en condiciones subóxicas. [3] El mineral parental para los nódulos hidrogenéticos es la vernadita y la buserita para los nódulos diagenéticos. [3] La mayoría de los nódulos observados son una mezcla de regiones de crecimiento hidrogenéticas y diagenéticas, que preservan los cambios en los mecanismos de formación a lo largo del tiempo. [4] Generalmente, las capas diagenéticas se encuentran en el fondo, donde el nódulo está enterrado o toca el sedimento del fondo marino, y las capas hidrogenéticas se encuentran hacia la parte superior, donde está expuesto a la columna de agua por encima. [3] Las capas de nódulos son discontinuas y varían en espesor a escala micro a nanométrica; las compuestas por un mayor contenido de manganeso suelen ser más brillantes y las que tienen un mayor contenido de hierro son oscuras y opacas. [3]
Los nódulos terrestres de ferromanganeso se forman en una variedad de tipos de suelo, incluidos, entre otros, ultisoles , vertisoles , inceptisoles , alfisoles y molisoles . [2] De manera similar a los nódulos marinos, las capas de concreción se definen en función del contenido de hierro y manganeso, así como de su combinación. [2] Los nódulos con alto contenido de hierro aparecen de color rojo o marrón, mientras que los de alto contenido de manganeso aparecen de color negro o gris. [2] El óxido metálico dominante está relacionado con los elementos enriquecidos en el nódulo. En los nódulos dominados por manganeso, los elementos enriquecidos incluyen bario , estroncio , níquel , cobalto , cobre , cadmio , plomo y zinc . [2] Por el contrario, los nódulos dominados por hierro están enriquecidos en vanadio , fósforo , arsénico y cromo . [2]
Los nódulos de ferromanganeso marino se forman a partir de la precipitación de principalmente hierro, manganeso, níquel, cobre, cobalto y zinc alrededor del núcleo . El mecanismo se define en función de la fuente de precipitación. [3] La precipitación proveniente de la columna de agua superior se conoce como hidrogenética, mientras que la precipitación del agua intersticial del sedimento es diagenética . [3] [4] El crecimiento de nódulos ocurre más fácilmente en entornos oxigenados con tasas de sedimentación relativamente bajas que proporcionan niveles adecuados de materia orgánica lábil para impulsar la precipitación. [3] Cuando las tasas de sedimentación son demasiado altas, los nódulos pueden cubrirse completamente de sedimentos, lo que reduce los niveles locales de oxígeno y evita la precipitación. [3] Las tasas de crecimiento de los nódulos son un tema actual de investigación complicado por la naturaleza irregular y discontinua de su formación, pero las tasas promedio se han calculado utilizando datación radiométrica . [2] [3] En general, los nódulos hidrogenéticos crecen más lentamente que los diagenéticos a aproximadamente 2-5 mm por millón de años frente a 10 mm por millón de años. [3] La formación de polinódulos a partir de múltiples nódulos que crecen juntos es posible y se plantea la hipótesis de que se ve facilitada por organismos incrustantes depositados. [3]
La formación de nódulos terrestres de ferromanganeso implica la acumulación de óxidos de hierro y manganeso seguida de repetidos ciclos redox de disolución reductora y precipitación oxidativa. [2] El ciclo redox oscilante está controlado por el pH, la actividad microbiana, la concentración de materia orgánica, el nivel de agua subterránea, la saturación del suelo y el potencial redox . [2] La actividad antropogénica podría influir en estos ciclos a través del aumento de la carga de nutrientes a través de fertilizantes. La evaluación de las condiciones paleoclimáticas cambiantes durante la evolución del suelo se puede explorar analizando la estructura de concreción del nódulo cuando se combina con técnicas de datación. [2] Las capas de manganeso generalmente se forman a potenciales redox más altos en comparación con las capas de hierro, pero un período de aumento rápido del potencial redox puede formar una capa mixta. [2] A medida que se forman los nódulos, se incorporan oligoelementos que incluyen, entre otros, níquel, cobalto, cobre y zinc. [2] La composición de los metales traza es producto de tres procesos: absorción de material parental en el suelo circundante, acumulación de productos de bacterias reductoras de hierro o manganeso microbianas y formación de complejos en la superficie del nódulo. [2]
El interés por la explotación potencial de los nódulos polimetálicos generó una gran actividad entre los consorcios mineros prospectivos en los años 1960 y 1970. Se invirtieron casi 500 millones de dólares en la identificación de depósitos potenciales y en la investigación y desarrollo de tecnología para la extracción y procesamiento de nódulos. Estos estudios fueron realizados por cuatro consorcios multinacionales compuestos por empresas de los Estados Unidos, Canadá, el Reino Unido, Alemania Occidental, Bélgica, los Países Bajos, Italia, Japón y dos grupos de empresas y agencias privadas de Francia y Japón. También hubo tres entidades patrocinadas públicamente de la Unión Soviética, la India y China. [ cita requerida ]
A fines de la década de 1970, dos de las empresas conjuntas internacionales recolectaron varias cantidades de cientos de toneladas de nódulos de manganeso de las llanuras abisales (18 000 pies (5,5 km) + profundidad) del Océano Pacífico ecuatorial oriental . [15] Posteriormente se extrajeron cantidades significativas de níquel (el objetivo principal), así como cobre y cobalto de este " mineral " utilizando métodos pirometalúrgicos e hidrometalúrgicos . En el curso de estos proyectos, se desarrollaron varios desarrollos auxiliares, incluido el uso de un conjunto de sonar de barrido lateral remolcado cerca del fondo para ensayar la densidad de población de nódulos en el limo abisal mientras se realiza simultáneamente un perfil del subsuelo con un haz acústico derivado, orientado verticalmente y de baja frecuencia. [ cita requerida ] Desde entonces, la tecnología de aguas profundas ha mejorado significativamente: incluido el uso generalizado y de bajo costo de tecnología de navegación como el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y la línea de base ultracorta (USBL); tecnología de prospección como ecosonda multihaz (MBES) y vehículos submarinos autónomos (AUV); y tecnología de intervención que incluye vehículos submarinos operados a distancia (ROV) y cables umbilicales de alta potencia . También existe tecnología mejorada que podría usarse en minería, incluidas bombas , rovers con orugas y propulsión por tornillo, elevadores de perforación rígidos y flexibles y cuerdas de polietileno de peso molecular ultra alto . Se considera que la minería es similar a la cosecha de papas en tierra, que implica minar un campo dividido en franjas largas y estrechas. El buque de apoyo a la minería sigue la ruta de minería de las herramientas de minería del fondo marino, recogiendo los nódulos del tamaño de una papa del fondo marino. [24] [25] [26]
En los últimos tiempos [ ¿cuándo? ] , el suministro de níquel y otros metales ha tenido que recurrir a depósitos de mayor costo para satisfacer la creciente demanda, y el interés comercial en los nódulos ha revivido. La Autoridad Internacional de los Fondos Marinos ha otorgado nuevos contratos de exploración y está avanzando en la elaboración de un Código de Minería para la Zona, siendo el mayor interés la Zona Clarion Clipperton . [27]
Desde 2011, varias empresas comerciales han recibido contratos de exploración, entre ellas, filiales de empresas más grandes como Lockheed Martin , DEME (Global Sea Mineral Resources, GSR), Keppel Corporation , The Metals Company y China Minmetals , y empresas más pequeñas como Nauru Ocean Resources, Tonga Offshore Mining y Marawa Research and Exploration. [15] [28]
En julio de 2021, Nauru anunció un plan para explotar nódulos en esta zona, que requiere que la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos, que regula la minería en aguas internacionales , finalice las regulaciones mineras para julio de 2023. Los ambientalistas han criticado esta medida con el argumento de que se sabe muy poco sobre los ecosistemas de los fondos marinos para comprender los posibles impactos de la minería en aguas profundas, y algunas de las principales empresas tecnológicas, incluidas Samsung y BMW , se han comprometido a evitar el uso de metales derivados de los nódulos. [29]
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La Zona Clarion-Clipperton es la zona más grande y popular para la extracción de nódulos de manganeso. La Zona Clarion-Clipperton, que se extiende desde aproximadamente 120 W hasta 160 W, se encuentra en el Océano Pacífico , entre Hawái y México. [30] Según la ISA , cubre un área de aproximadamente cuatro millones de kilómetros cuadrados, lo que casi equivale al tamaño de la Unión Europea . [31] El enorme potencial de la Zona Clarion-Clipperton se basa en una cantidad estimada de 21 mil millones de toneladas de nódulos. [31] Solo en esa área se almacenan alrededor de 44 millones de toneladas de cobalto, lo que es aproximadamente tres veces más de lo que las reservas terrestres podrían proporcionar. [32] Los campos de nódulos de manganeso no están distribuidos de manera uniforme en el fondo marino dentro de la Zona Clarion-Clipperton, sino que se presentan en parches. Los parches económicamente interesantes con una alta distribución de nódulos de manganeso pueden cubrir un área de varios miles de kilómetros cuadrados. Esta distribución bastante irregular de nódulos en el Pacífico Sur se puede encontrar como un posible resultado de la mayor diversidad topográfica y sedimentológica del Pacífico Sur. [31]
La gran abundancia natural de níquel , cobre , cobalto , zinc , hierro y manganeso en los nódulos de ferromanganeso ha promovido la investigación sobre su uso como recurso de metales raros. La Zona Clarion-Clipperton en el noreste del Océano Pacífico se ha observado como un área que contiene la mayor concentración de nódulos de calidad de recurso. [4] Se requiere un peso a granel mayor del 3% para níquel, cobre y cobalto para que se considere de calidad de recurso. [3] La formación de nódulos en aguas óxicas en o por debajo de la profundidad de compensación de carbonato produce la proporción de metales raros más deseable en nódulos hidrogénicos. [3] [4] Como la calidad de los minerales de las minas terrestres ha disminuido con el tiempo, los nódulos de ferromanganeso pueden ofrecer una forma de satisfacer la creciente demanda mundial de metales raros. [4] Sin embargo, la baja tasa de crecimiento estimada de los nódulos hidrogénicos de aproximadamente 2 a 5 mm por millón de años los clasifica como un recurso no renovable . [3]
Tecnologías como las baterías de los coches eléctricos , las turbinas eólicas y los paneles solares requieren tipos raros de recursos que se pueden encontrar en el fondo del mar. [33] Los nódulos de manganeso proporcionan varias fuentes de estos metales, especialmente cobalto . La digitalización , el transporte y la transición energética en curso provocan una creciente demanda de metales como el cobre, el níquel, el cobalto y muchos otros metales utilizados en la tecnología. Por lo tanto, los nódulos de manganeso son necesarios para baterías, ordenadores portátiles y teléfonos inteligentes, en bicicletas eléctricas y coches eléctricos, turbinas solares y eólicas, así como para el almacenamiento de electricidad verde . Esta enorme demanda de cobalto pone al océano bajo una nueva luz: muchos países ya han reclamado sus derechos. Sin embargo, al mismo tiempo, su extracción podría causar daños aún mayores al ecosistema de las profundidades marinas. [33] Algunos científicos cuestionan el interés económico primordial de los nódulos de manganeso. En lo que a ellos respecta, estos recursos biológicos podrían ser un valor sin explotar para las biotecnologías y los medicamentos y, por tanto, deberían protegerse a toda costa. [34]
Los nódulos de ferromanganeso son altamente activos redox, lo que permite la interacción con los ciclos biogeoquímicos principalmente como aceptor de electrones. En particular, los nódulos terrestres absorben y atrapan nitrógeno, fósforo y carbono orgánico. [2] La mayor tasa de absorción de carbono orgánico permite que los nódulos mejoren la capacidad de un suelo para secuestrar carbono , creando un sumidero neto. [2] La concentración de fósforo en los nódulos varía de 2,5 a 7 veces el valor de la matriz del suelo circundante. [2] Los microbios en el suelo pueden utilizar el enriquecimiento de nutrientes en la superficie de los nódulos junto con su potencial redox para alimentar sus vías metabólicas y liberar el fósforo una vez inmóvil. [2] Junto con los nutrientes, los nódulos de ferromanganeso pueden secuestrar metales pesados tóxicos (plomo, cobre, zinc, cobalto, níquel y cadmio) del suelo, mejorando su calidad. [2] Sin embargo, de manera similar a la liberación de fósforo por parte de los microbios, la disolución reductiva de los nódulos liberaría estos metales pesados nuevamente al suelo.
Un estudio reciente plantea la hipótesis de que los nódulos son una fuente de " oxígeno oscuro ", oxígeno producido sin luz, que proporciona oxígeno al fondo marino en las profundidades del océano. [35] Sin embargo, este estudio contrasta con muchos otros estudios realizados durante décadas en las profundidades del mar que no detectaron la producción de oxígeno y, de hecho, solo mostraron el consumo de oxígeno. [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] Si los nódulos pueden producir energía eléctrica y oxígeno , pueden desafiar la teoría convencional de la abiogénesis [46] [47] porque, anteriormente, solo se sabía que los seres vivos como las plantas y las algas eran capaces de producir oxígeno a través de la fotosíntesis que requiere luz solar.
Se sabe muy poco sobre los ecosistemas de aguas profundas o los impactos potenciales de la minería en aguas profundas. Los campos de nódulos polimetálicos son puntos calientes de abundancia y diversidad para una fauna abisal altamente vulnerable , gran parte de la cual vive adherida a los nódulos o en el sedimento inmediatamente debajo de ellos. [48] [29] La minería de nódulos podría afectar a decenas de miles de kilómetros cuadrados de estos ecosistemas de aguas profundas, y los ecosistemas tardan millones de años en recuperarse. [29] Provoca alteración del hábitat, mortalidad directa de criaturas bentónicas o asfixia de los filtradores por sedimentos. [49] Debido a la complejidad y lejanía de las profundidades marinas , los científicos ambientales trabajan en una situación de conocimiento pobre con muchas lagunas y alta incertidumbre. Sin embargo, hay varias fuentes de impactos acumulativos causados dentro de una operación minera que deben considerarse. Estos impactos pueden ser causados directamente por las propias actividades mineras, pero también ocurren como impactos indirectos, como columnas de sedimentación y disposición. [50] Múltiples impactos pueden ser causados por la misma actividad minera, pero afectan al medio ambiente de aguas profundas de diferentes maneras.
Estos podrían incluir:
Los vehículos de recolección del tamaño de un camión volquete que rastrean el fondo marino en busca de sedimentos que contienen nódulos, necesariamente destruyen la parte superior del fondo marino, a una profundidad que a menudo supera los tres kilómetros por debajo de la superficie. [51] Los científicos descubrieron que los vehículos de recolección pueden tener efectos físicos y biológicos duraderos en el fondo marino y provocar una alteración de varios ecosistemas de aguas profundas que los científicos aún están tratando de comprender. [52] Este método de minería conduce a una inevitable pérdida de vidas entre los animales, mientras que las huellas de arado permanecieron visibles décadas después. [33] Estimaciones de crecimiento recientes sugieren que las " funciones biogeoquímicas mediadas por microbios " [52] necesitan más de 50 años para volver a su estado inicial inalterado. El estudio de impacto DISCOL [53] tuvo como objetivo revelar los posibles impactos a largo plazo de las perturbaciones relacionadas con la minería en aguas profundas en la integridad del fondo marino al revisar huellas de arado de 26 años de antigüedad. Si bien los nódulos aparecieron fuera de las huellas espolvoreadas con sedimentos, las huellas de arado en sí estaban claramente desprovistas de nódulos. [52]
Los contratos para explorar nódulos de manganeso suelen abarcar áreas de hasta 75.000 kilómetros cuadrados (29.000 millas cuadradas), pero la superficie total afectada por las extracciones es mucho mayor. Se puede suponer que la extensión del lecho marino físicamente perturbado en una sola zona de contrato de mina es de entre 200 y 600 kilómetros cuadrados (77 y 232 millas cuadradas) cada año, lo que equivale al tamaño de una gran ciudad. [34]
Los robots mineros que operan en el fondo marino emiten columnas de sedimentos que podrían cubrir la fauna de la zona que rodea el yacimiento minero y, por tanto, tener un gran impacto en el ecosistema del fondo marino. [33] Las columnas producidas contienen una mezcla de material disuelto y partículas suspendidas de distintos tamaños. El material disuelto es transportado inextricablemente por el agua que lo contiene, mientras que las partículas suspendidas tienden a hundirse. [54] Se puede estimar que el área contenida es mucho mayor que el área minada real, ya que las partículas más finas y el material disuelto serán transportados a mayores distancias del área minada real. Por tanto, las acumulaciones de material de la columna en el fondo marino serán más gruesas y contendrán partículas más grandes cerca de la fuente de la columna. [54]
Además de las columnas creadas por las actividades mineras en el fondo marino, también se deben considerar las columnas de descarga, que se crearán por el retorno del exceso de agua. El exceso de agua se produce durante el proceso de deshidratación a bordo del buque de superficie, así como cuando se transportan lodos de mineral desde el buque nodriza hasta las barcazas de transporte. [34] Por lo tanto, las predicciones del impacto neto de las columnas deben considerar una variedad de escenarios. [54] Aún quedan muchas incógnitas y los científicos advierten que podría haber impactos tóxicos . [33]
El sonido generado por los humanos puede causar daños directos a los animales marinos , ya que muchos de ellos utilizan el sonido como su principal modo de comunicación. El ruido de fondo extremo causado por las máquinas mineras puede interferir con la comunicación entre animales y limitar su capacidad para detectar presas. Además, el ruido y la vibración pueden afectar los sentidos y sistemas auditivos de los animales marinos. [34] El ruido puede ser causado durante diferentes procesos de minería en aguas profundas:
El buque de superficie produce varios sonidos de alta intensidad, por ejemplo, los causados por las hélices, los motores, los generadores y las bombas hidráulicas. También es importante tener en cuenta el hecho de que el buque funcionará casi de forma continua durante muchos años durante el contrato de explotación minera, que suele durar entre 20 y 30 años.
Las actividades mineras pueden perjudicar la alimentación y reproducción de las especies de aguas profundas al generar una intensa contaminación acústica y lumínica en un entorno naturalmente oscuro y silencioso. [55] La contaminación lumínica es otro factor importante que provoca impactos ambientales en la vida marina. La luz que se utiliza para hacer posible el trabajo minero bajo el mar puede atraer o repeler a algunas especies animales; las luces brillantes también pueden cegar a ciertos animales marinos. Las luces intensas utilizadas en los buques y barcos pueden afectar a las aves, así como a los animales cercanos a la superficie. [34]
Si se demuestra que estos nódulos producen una cantidad significativa de oxígeno, la eliminación de esta fuente de oxígeno podría afectar a las comunidades.
Todavía hay un vacío en la investigación sobre cómo reducir estos impactos ambientales. Esto se debe en parte a que todavía es necesario descubrir e investigar mucho más sobre todo el ecosistema oceánico. Algunos científicos sugieren que una posibilidad sería reducir el peso de los vehículos mineros. Esto podría reducir la compactación y disminuir la cantidad de sedimentos removidos en la parte trasera del vehículo. [56] Dado que muchos mares profundos dependen en gran medida del sustrato duro de nódulos de manganeso en su cadena alimentaria, otra opción sería dejar al menos algunos rastros de nódulos y no cosecharlos. Debido a la tasa de crecimiento extremadamente lenta, los nódulos de manganeso extraídos no volverán durante millones de años. Para combatir esto, la distribución de nódulos de reemplazo fabricados podría ser una opción. Pero estas posibilidades también deben explorarse más a fondo. El efecto de mitigación más beneficioso sería la reducción de las columnas de sedimentos y su propagación, ya que éstas no sólo afectan el entorno inmediato, sino que también afectan el ecosistema a distancias considerables de los sitios de recolección de nódulos [56] . Estudios experimentales realizados en la década de 1990 concluyeron en parte que la minería de prueba a una escala razonable probablemente ayudaría a limitar mejor los impactos reales de cualquier minería comercial. [57]
El potencial de recuperación lenta de los ecosistemas puede considerarse una de las principales preocupaciones de la minería de nódulos. Las áreas del lecho marino que contienen nódulos se verán perturbadas masivamente y la recuperación de la epifauna es excepcionalmente lenta dentro de las áreas minadas. Una proporción significativa de los animales depende de los nódulos, que crean un sustrato duro para ellos. Estos sustratos no volverán durante millones de años hasta que se formen nuevos nódulos. [34] Los nódulos crecen desde unos pocos hasta unas pocas decenas de milímetros por millón de años. Su tasa de crecimiento extremadamente lenta no es continua o regular y difiere según el entorno y la superficie. También pueden no crecer en absoluto o estar completamente enterrados durante períodos de tiempo. [30] En total, los nódulos de manganeso crecen a un promedio de 10 a 20 mm por millón de años y generalmente tienen una edad de varios millones de años, si no se extraen. [31] Debido a que muchas especies de aguas profundas son raras, de larga vida y de reproducción lenta, y debido a que los nódulos polimetálicos (que pueden tardar millones de años en desarrollarse hasta un tamaño aprovechable) son un hábitat importante para las especies de aguas profundas, los científicos no pueden descartar que algunas especies se enfrentarían a la extinción por la eliminación del hábitat debido a la minería. Los ecosistemas afectados requerirían períodos de tiempo extremadamente largos para recuperarse, si es que alguna vez lo hacen. [55] La minería de nódulos podría afectar a decenas de miles de kilómetros cuadrados de ecosistemas de aguas profundas , y los ecosistemas tardan millones de años en recuperarse.