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在前述文章我们讲述了深海采矿的现状未来之：一文读懂深海采矿的现状和未来（1）—典型资源特征与分布 一文读懂深海采矿的现状和未来（2）：监管法规与开采现状本文我们接着讲述本专题的最后一部分：深海采矿的环境影响和保护措施。
采矿的环境影响和海底的自我修复能力1960年代首次提出海洋资源的商业开发时，人们很少考虑环境后果。
几十年来，在领海和公海的商业勘探活动越来越多。
对海底矿藏产生商业兴趣的同时，对海洋生态系统和生物多样性的理解也在加深。
认知的加深反过来也突显了深海采矿的潜在后果。
例如，在过去十年里，海洋物种消失的速度越来越快。
生物多样性毁灭引发了关于海洋生态系统自我修复能力的讨论，例如通过建立海洋保护区，研究评估采矿的环境影响等。
海底干扰实验包括德国项目DISCOL和后续研究MIDAS(深海资源开发影响管理)。
MIDAS是一个跨11个国家的多学科项目，部分资金由欧盟提供。
三年的调查于2016年10月完成。
结论包括采矿过程中有害污染源泄露和扩散的可能性。
由于深海生物多样性的数据很有限，因此调查遗传连通性和确定对生物群的影响需要长期研究。
关于采矿停止后环境影响的持续性，海洋开发署发现，海底环境在扰动后几十年并没有恢复，因此人们结论认为，商业采矿的影响很可能在后续更长的时间内显现出来。
总之，小规模试验无法准确预测商业规模采矿的全部后果。
MIDAS与行业合作伙伴一起研究了最佳做法，并在结论中提出了一项环境管理策略。
深海采矿对海洋生态系统潜在影响的示意图（未按比例绘制）深海环境管理由海底管理局负责，迄今为止，海底管理局只需要执行与勘探有关的条例。
随着商业开采兴趣日益提高，海底管理局目前正在制定开采监管框架。
2016年7月发布了题为"域内矿产资源开采条例和标准合同条款"的草案，2017年1月公布了题为"域内矿产资源开采条例(环境事项)"的讨论文件。
2017年3月在德国柏林举行的长期环境管理策略研讨会的报告可在国际海底管理局网站上查阅（https://www.isa.org.jm/document/towards-isa-environmental-management-strategy-area）。
继柏林研讨会之后，海底管理局于2017年8月发布了题为"域内矿产资源开采条例草案"的订正草案，其中附有一份待解决问题清单（https://www.isa.org.jm/files/documents/EN/Regs/DraftExpl/ISBA23-LTC-CRP3-Rev.pdf）。
域内开采的环境管理应当包括各个层面的评估，其中一些评估将由海底管理局进行，另一些评估将由承包商进行。
在编写本报告时，最新版的条例草案没有涉及详细的环境管理。
按理来说，这一过程将涉及一项环境评估和计划，由国际海底管理局监督，涵盖整个区域的活动，海底管理局应当为域内较小的区域编制区域环境评估和计划，采矿承包商将委托对合同的特定区域进行环境影响评估和陈述。
然而，海底管理局如何管理与开采相关的全部细节尚未最后确定，缺乏现有的基础环境数据，因此监管职责依然不明确。
开采从海底移除后新锰结核的自然发育形成需要数百万年，因为新结核的沉积速度很慢。
结核移除后，相关生物群落是否能恢复尚不明确。
一些实验研究了结核移除对克拉里昂-克利珀顿区海底环境的影响，但是结果差异很大。
例如，1978年进行了从CCZ提取结核的实验，2004年对该地区进行了重新考察，以评估海底生态的恢复情况。
尽管经历了长达26年，采矿车辆留下的痕迹仍然清晰可见，与周围未受干扰的地区相比，受干扰的痕迹里面线虫的多样性和生物数量明显减少。
迄今为止进行的试验规模相比商业活动要小得多。
Vanreusel等人2016年研究了37年前实验开采留下的一条轨迹，发现曾经富含结核的地区没有了动物，这表明采矿会永久破坏结核区的生态环境，导致生物多样性的重大损失。
蒂洛特2006年分析了自1975年以来拍摄的200 000张照片和55小时的录像片段，以调查与CCZ多金属结核相关的海底巨型动物的生物多样性和分布，该研究发现多金属结核生态系统是海底巨型动物的独特栖息地。
海底形态和扰动的现实对比(A) 37年前留下的试采痕迹(IFREMER牌照区)；（B）结核景观(IFREMER许可证区)；（C）无结核景观(IOM区域)。
版权所有:ROV Kiel 6000团队/GEOMAR Kiel热液喷口海底块状硫化物远程操作的机器通过抽吸或钻孔、移除结核和动用机器改变地形将不可避免地对海底造成直接的物理破坏。
那些以黑烟囱为矿物目标的采矿活动将完全抹平这些特殊的地理特征，许多地区的沉积物将会被踩硬，会变得完全不适合生态恢复和生物的重新定居。
范多佛认为采矿将改变黑烟囱的分布，但是如果黑烟囱保持活跃，喷出的矿物成分可能会随着时间的推移而改变。
Hekinian等人1983年说，在东太平洋海底隆起的一些地方，烟囱在5天内实际增长了40厘米。
然而，目前还不知道需要多长时间才能恢复生物群落。
范多佛2014年评估了人类活动（科学研究和商业勘探)对热液喷口周围生态系统的影响，并认为可能影响的因素包括光和噪音污染、废弃材料、压死海底生物和压实海底沉积物的重型作业车辆。
此外，有意或无意地将物种带到不同的地点可能会给带来潜在的入侵物种。
他还提到了那些不活跃的黑烟囱和其周围独特的生态群落，在这些地方采矿可能会永久改变这些地区的生态环境。
从海山上开采在海山开采结富钴结壳矿将导致固着生物的直接死亡。
也可能导致海底、中间层和深海鱼类的死亡。
海山上采矿的规模将决定这种影响的深度和广度，密集采矿可能会破坏浮游物种的聚集，这是由于海底动物的消失、机器的存在以及噪音、光线和水体中悬浮颗粒物造成的。
格尔纳等人2017年借助渔业活动评估了采矿的潜在影响，特别是拖网捕捞，这些活动清除了海底山脉的海床和相关生物。
尽管在密集拖网捕捞后有关物种恢复的数据很少，但深海渔业对海山的负面影响已得到充分验证，动物生物多样性、覆盖面和丰度明显下降。
许多海山物种，如无柄珊瑚，这是一种生长极为缓慢的珊瑚，寿命长达数千年，特别容易受到物理干扰，因此，有人建议将海山作为特殊的脆弱海洋生态系统进行全球管理。
海洋采矿的影响可能比拖网捕捞更大，因为海床的清理更为彻底。
天然气水合物的开采天然气水合物作为一种潜在的未来能源已经引起了商业上的关注，但是勘探和随后的提取会带来巨大的环境风险。
最大的影响是在分解过程中甲烷的意外泄漏。
根据100多年来对全球变暖的研究，甲烷是一种温室气体，其效力是二氧化碳的28倍。
甲烷水合物开采的其他可能影响包括海底下沉和海底滑坡，这可能导致剩余水合物沉积物更加不稳定。
导致海底水温升高的人类活动也可能破坏水合物的稳定并加速其气化。
甲烷水合物分解形成游离甲烷会向海洋或大气释放大量甲烷气体，加剧海洋酸化和/或全球变暖。
如果越来越多的甲烷水合物被破坏和释放，大气温度可能上升，导致正向碳-气候反馈。
人们还担心采矿会影响生物群——化学合成生物和在海底水合物堆中发现的高级生物。
Fisher等人2000年注意到一种以前没有描述过的多热虫或“冰虫”，它能够钻入沉积物中到达水合物沉积物。
羽状沉积物商业采矿活动将产生广泛的环境后果。
海底生产工具——特别是切割器和收集器——以及立管和材料加工会产生废水并通过水面支持船排放，从而伴随着吸上来的深海沉积物一起排放入海中，形成各种羽状沉积物。
脱水废料和采矿过程中排出的沉积物被认为是矿物回收过程中排放的主要废物。
脱水废料可能含有细沉积物和重金属，排放到水体中时会一直悬浮。
海底沉积物废料的原地排出最大限度地减少了向水面运输或陆上运输的必要，但仍会导致重大的物理改变，并会使海底生态环境窒息。
关于索瓦拉1号的拟采采矿床，鹦鹉螺矿业公司表示，它们的废沉积物和岩石估计有245 000吨，将在采矿区边缘倾倒，将在海床上方25–50米处排放回流水。
返回的泥浆可能含有悬浮颗粒(小于8微米)，比该深度的海水温度高，并且如果在采矿过程中有矿石颗粒溢出，则含有高浓度的金属。
这些潜在有害甚至有毒的沉积物流甚至可能会影响采矿区域以外的栖息地，尽管羽流移动的数量和方向等细节尚未完全弄明白。
一些模型表明，在某些情况下，海底附近释放的沉积物可能局限于深水，而不会进入上层水体，因为水的密度不同。
然而，悬浮颗粒物和沉积物的沉降可能覆盖很大的面积，这取决于排放量、垂直分层和洋流。
根据鹦鹉螺矿业公司和Boschen等人的说法，索尔瓦拉1号硫化物试采场排放的羽状物导致排放场1公里内沉积厚度高达500毫米，一些物质漂散到10公里以外。
热液喷口的自然沉积速率记录从小于 2毫米到小于 0.03毫米不等。
在深海和海山环境中，自然沉积速率被认为每1000年只有几毫米。
500毫米是一个可怕的速度。
在缺乏大量沉积物羽流、上升流和洋流数据的情况下，利用模型预测潜在羽流运动是一项非常复杂的工作。
商业海底采矿尚未开始，因此很难预测影响，但一些陆地采矿作业可以帮助预测采矿作业的潜在后果。
例如，巴布亚新几内亚陆地利希尔金矿在海上处置他们的尾矿，由于地下水的作用，估计已从排放点扩散到60平方公里的区域。
即使羽流仅限于深水，考虑到海底的整体地形可能会改变，生物将承受某种程度的窒息，对底栖生物群落的影响也是无法避免的。
这种窒息将阻碍固着生物的气体交换和摄食结构，并可能由于暴露于重金属和酸性废物而造成许多其他尚未量化的影响。
沉积物羽流的存在会造成生物在此之后无法进入这些区域。
减少羽流影响的技术建议包括减少羽流的大小和沉积物颗粒的毒性，并尽量减少切割过程中悬浮沉积物的意外逃逸。
废水在海面的排放可能会造成混浊云，影响商业鱼类物种，并在某些情况下造成藻类爆发，从而影响海洋生态系统。
海洋噪声水下遥控潜水器会增加水下环境噪声。
大多数深海物种通常只经历过低水平的噪声，因此人为噪声，特别是如果持续不断地出现，将大大提高环境声级。
对深海鱼类的研究表明，一些物种使用低频(小于 1.2千赫)，人们认为其他底栖生物物种可能使用敏感的声学系统来探测高达100米以外的食物下落。
众所周知，人为噪声会影响许多鱼类物种和海洋哺乳动物，因为它会引起行为变化，阻碍他们的正常交流，并根据物种、噪声类型和接收水平造成暂时性听力阈值变化或永久性损伤。
船只上的夜间人工照明已被证明会使海鸟迷失方向，特别是雏鸟，鸟儿会扑向光源，变得疲惫不堪或与人造物体相撞。
目前还不太清楚贝克海燕在多大程度上会被采矿作业中使用的人造光所吸引。
贝克海燕是国际自然保护联盟红色名录上列为极度濒危物种，原产于巴布亚新几内亚和所罗门群岛。
如果持续增加光照水平，其他生物可能会离开矿区。
迄今为止，没有证据表明鹦鹉螺公司调查了索尔瓦拉1号场址的环境光线水平，也没有详细考虑这种影响的可能后果。
水温升高采矿期间的钻井和水下车辆作业会释放热量，返回深海的脱水废料也会释放热量。
施泰纳2009年指出，废料可能比周围海水温度高11℃，这与鹦鹉螺矿业公司的估计一致，该公司指出，经过处理的回流水可能导致温度上升5.8-11.4℃。
目前对这种温度上升对深海生物的影响知之甚少，尽管人们认为深海温度相对稳定，变化可能影响一些深海物种的生长、新陈代谢、繁殖和存活。
生物多样性的丧失和生态环境的自我修复潜力深海采矿将不可避免地导致当地生物多样性的丧失。
根据影响类型例如沉积物羽流或噪音、采矿类型和生态系统等因素，其他地区的生物多样性也可能受到影响。
开采结核矿砂的目标可能是每年几公顷，而钴结壳采矿的面积可能从几十平方公里到几百平方公里不等，锰结核采矿的面积可能从每年数百平方公里到几千平方公里不等。
采矿活动将导致生物的直接死亡。
由于没有大规模试验，采矿造成的生态环境破坏程度难以预测。
开采大型、连续的锰结核矿田将形成疤痕，开采黑烟囱硫化物将导致生态系统的进一步分裂、碎片化。
资源开采和羽流扩散的程度将影响剩余碎片的大小。
生态环境改变可能从采矿作业附近延伸到很远，远距离效应一般认为是延伸20公里。
海洋环境退化的原因包括漂移的沉积物羽流和低频噪声，这可能改变物种分布、生态系统功能，甚至像碳循环这样看似不相关的过程。
底栖生物群落的恢复潜力可能因地点而异，生长缓慢的深海生物通常对变化的适应能力相对较低。
底栖生物群落的恢复很难估计，因为大多数物种的定居率未知，关于种群规模、生殖生物学、扩散以及连通性的数据也很少。
在没有商业作业的情况下，恢复研究依赖于对火山爆发等自然灭绝事件后果的研究或人工干扰实验，但空间和时间尺度不同于商业采矿，因此很难得出有意义的结果。
锰结核的开采会移除结核栖息生物的栖息地，因为结核形成所需的时间很长，所以几乎不可能恢复这些群落。
1989年，在秘鲁盆地东南太平洋4140-4160米深处建立了第一个长期扰动和物种群落再生实验。
该实验小规模复制了商业开采锰结核造成的扰动，方法是犁耙10.8平方公里的圆形海底区域。
该项目的目的是监测底栖生物群的重新定居。
实验区域取样五次:扰动前、扰动后、6个月、3年和7年后。
7年后，犁留下的痕迹仍然清晰可见。
移动动物在破坏发生后不久就开始在受干扰的地区重新定居，但即使在7年后，与干扰前的数据相比，分类群总数仍然很低。
最近在JPI海洋倡议下开展的一个项目，深海采矿的生态方面，在中断20年后，于2015年重新审视了深海采矿实验室试验区。
初步结果和观察表明，原始犁痕仍然可见，重新定居的程度很低，这表明商业开采结核将对海底生态系统造成长期损害。
在开采海底块状硫化物矿床后，热液喷口群落的恢复将依赖于热液能源的持续存在和所有物种的存在，以实现再繁殖。
Mullineaux等人2010年的报告指出，在自然火山爆发后，喷口处会形成新的栖息地，但物种组成发生了变化，而且存在来自遥远喷口地点的移民物种，可能远达300公里。
Shank等人1998年监测了一次热液喷口喷发及其恢复情况，报告称，喷发后仅3-5年，动物群落就出现了大幅增加，并预测主要巨型动物可能需要长达10年的时间才能恢复。
持续的采矿活动将对一次性自然事件产生非常不同的影响，开采的黑烟囱的恢复非常不确定。
为了减轻采矿造成的干扰，鹦鹉螺矿业公司提议在采矿前将大型生物和基质块暂时移植到避难地，并在采矿停止时将其恢复到原来的位置，但这些提议无法验证有效性，可行性也值得怀疑。
验证物理扰动后海山生物群恢复的数据也很少。
对拖网捕捞过度开发的海山的研究表明，深海鱼类种群能否恢复还不确定，因为物种生长缓慢，拖网捕捞与采矿作业一样会对海底造成严重的物理干扰。
预测海山恢复时还会出现其他挑战，因为海山的大小、位置和环境条件差异很大。
选择性地开采死亡喷口预计只能最大限度地减少对喷口物种的影响。
死亡的喷口大多未经研究，因为如果没有热液羽流，它们很难被发现。
然而，确定一个特定的喷口是已经死亡还是暂时不活动可能是也一个挑战；一些报告表明，热液喷口系统在重新启动前可能会暂停几年。
例如，索尔瓦拉1号的三年调查期间，喷口活动变化很大。
Suzuki等人2004年指出，不活跃的喷口仍然能够支持化石微生物的生长，因为仍然有足够的热液能量。
尽管没有可检测到的排放物，但已死亡的喷口仍然可以容纳浮游生物和低密度无脊椎动物。
可能的冲突海底采矿可能与某些群体的生计和商业捕鱼以及航运活动相冲突。
对深海生物区系进行分析，从深海寻找可用于药物的新合成物，是另一个日益兴起的商业领域。
例如，如果沉积物羽流越过边界，对沿海国家的海洋环境或承包商指定地点以外的区域造成损害，可以提起法律诉讼。
如果海底采矿作业周围的水域禁止捕鱼或迫使航运路线变更，无论是在专属经济区还是在远海，都可能出现争端。
例如，提议在纳米比亚水域设立23 × 9公里的禁区，以开发海底磷酸盐矿床，这将影响到鳕鱼、马鲛鱼和乌头鱼等主要商业渔场。
据报道，由于栖息地的消失和海上交通的发展，邻近矿区和航运禁区的捕鱼活动将停止。
在另一个例子中，渔业公司非常反对在新西兰西海岸开采铁矿。
阿姆斯特朗等人称深海是最大的遗传资源宝库，许多公司已经拥有在那里发现的药物专利。
例如，来自深海细菌的酶多年来一直被法国Sederma公司用于开发商业护肤产品。
热液喷口物种特别令人感兴趣，因为它们具有不寻常的共生关系，对重金属具有抗性，并产生具有多种商业用途的耐热酶。
海洋遗传资源市场很大，到2010年已经达到数十亿美元。
尽管深海发现具有重要的经济价值，但人们担心矿物开采可能会在遗传资源被完全理解甚至发现之前就将其破坏，支撑该地区发现的法律框架也存在不确定性。
特别是目前有种种迹象表明包括人类在内的地球生物最早就起源于海底火山口。
写在最后在过去十年里，人们对从深海获取矿物和资源的兴趣有所增加，但对调查、监测、探索和了解深海生态系统的愿望也有所增加。
海洋是地球上探索最少的生态系统，尽管它们覆盖了地球表面的71%(面积为3.62亿平方公里)，其中90%被认为是深海。
虽然只对大约0.0001%的深海海底进行了调查，但很明显，深海具有特别丰富的生物多样性。
技术的进步使探索海洋最深处成为可能，从而发现了数百种以前未被描述的物种，但也使海底矿物的商业开发成为现实。
迄今为止，还没有进行深海商业采矿，也没有进行试点作业来准确评估影响。
最接近大规模开采的资源是巴布亚新几内亚经济区内索尔瓦拉1号地点鹦鹉螺矿业公司的硫化物矿，该地的开采计划于2019年初开始。
该项目需要大量财政投资，公司面临着开始运营的压力，但这将产生经济回报（目前已经宣布破产）。
在本文中，我们概述了围绕大规模商业矿物开采计划的一些非常重要的问题，无论是在大陆架边界内还是在深海。
几十年前首次提出深海矿物开采时，我们对深海环境的了解相对较少，我们对海底采矿潜在影响的理解也是如此。
尽管我们对深海生物多样性的理解仍然有限，但很明显，许多物种具有特定的生存适应性。
如果这些生态系统完全恢复，从人为干扰中恢复可能需要几十年、几个世纪甚至几千年的时间。
海底采矿有无数影响，包括可能与海洋其他使用者的利益发生冲突。
海底管理局正在制定管理该地区采矿的监管框架。
国际海底管理局将采用的环境管理框架的细节仍不清楚。
商业采矿作业开始前需要确定的关键问题，包括各国如何履行《UNCLOS公约》第145条规定的有效保护海洋环境的义务。
随着对生态系统的理解和海洋在减缓气候变化中的作用理解的加深，似乎明智的做法是确保在引起任何可能产生长期和无法预见的后果之前采取一切必要的预防措施。
深海矿区目前的活动受海底管理局勘探条例的制约，但开采对环境的影响远远大于勘探，因此，商业作业造成的生物多样性丧失是当前辩论的主题。
例如，有人提出这样的问题:“生物群落灭绝的阈值是否等同于海洋环境的重大负面改变？”关于在探矿和勘探活动中保护海洋环境，现行《海底管理局条例》规定，承包者必须避免对海洋环境造成严重损害，海底管理局将其定义为:“any effect from activities in the Area on the marine environment which represents a significant adverse change in the marine environment determined according to the rules, regulations and procedures adopted by the Authority on the basis of internationally recognized standards and practices.”“重大负面变化”一词受到了海洋法科学家和专家的特别审查，他们呼吁用经验数据阈值加以澄清，以确定这种破坏具体包括哪些方面。
减轻破坏迄今为止，为监测对生物多样性的潜在影响和帮助矿区恢复生态而提出的技术尚未经过测试。
事实上，我们并不知道如何成功减轻影响或恢复深海环境。
范多佛2014年描述了一系列可能的减轻方法，包括:(1) 通过建立保护区，在保护区内不允许发生人类活动；(2) 通过建立未开采的生物走廊，将动物从活动地点转移到无活动地点，尽量减少机器噪音或沉积物羽流；(3) 恢复；(4) 承包者支付专门储备或研究的资金;对于热液喷口生态系统，深入了解可能受到的影响和对商业矿物开采活动的反应，将有助于确定自然恢复的可能性。
对热液喷口生态的深入了解是必要的，但这需要在批准任何商业活动之前为研究、长期监测和全面的环境影响评估提供资金。
国际海底管理局在其采矿准则(目前仅适用于探矿和勘探，不适用于开采)中讨论了建立保全参照区(PRZ；没有采矿的地区)和影响参照区(IRZ；留出用于监测采矿活动影响的区域)。
根据目前的制度，《海底管理局守则》要求采矿公司提出专属经济区和分配经济区的位置和规模，但具体针对多金属结核，环境重要区也许在承包商眼里经济价值不高。
Lallier和Maes2016年建议制定《国际海底管理局采矿守则》，通过应用预防方法优先考虑环境保护，但不清楚这在实践中如何运作，也不清楚保护措施是否有效。
包括加拿大、美国、墨西哥和葡萄牙在内的一些国家建立了海洋保护区，以保护热液喷口和其他深海特征，但尚不清楚这些保护区会有多大益处。
其他策略则包括减少受羽流影响的区域；压实海底生产工具下的沉积物；并在海底留下一定比例的结核比如如最大和最小的。
然而，迄今为止一切都还只是假设。
一些深海采矿的反对者暗示任何缓解措施似乎都是徒劳的。
2015年发表在《科学》杂志上的一篇文章呼吁海底管理局暂停批准新的勘探合同，并在公海海洋保护区设计和实施之前不批准任何开采合同。
这些作者还建议在授予新的勘探合同之前指定保护区。
不确定性、认知差距和未来研究的领域深海采矿方面存在许多问题和不确定性，包括因作业的复杂性和规模而产生的问题和不确定性，以及与域内将要开采有关的法律不确定性和尚未进行大规模影响试验的事实所产生的问题和不确定性。
在本文中，我们提出了一些关键问题，但仍然存在非常重大的认知差距，也就是说我们对深海的了解仍然非常肤浅，甚至连对陆地生态了解的千分之一都不到。
证明物理扰动后深海生物群恢复的数据很少，因此这是一个值得进一步研究的领域。
由于探索深海的庞大后勤支援和资金限制，只有一小部分海洋得到了深入研究，因此缺乏潜在采矿点的基础数据。
未来的研究可以侧重于了解拟采矿区的深海生态(例如，当地特有现象、与扩散模式有关的种群数量和遗传连通性)。
在海洋科学家、法律专家和非政府组织的参与下，正在讨论制定管理开采的法律框架，包括环境保护、问责制、国际和国家边界之间的互动以及权利主张之间的互动等问题。
围绕深海生态和采矿相关活动的生态对策的不确定性意味着，需要调整环境管理战略，以纳入深海生态系统的自然时空变异性。
噪声对深海生物的影响没有得到很好的研究，这是商业活动管理方面的另一个重大认知空白。
替代方法人们普遍认为，用于清洁能源和新兴技术的金属需求将在未来几十年增加，会增加供应风险。
作为回应，深海采矿被确定为欧盟蓝色增长战略中具有高发展潜力的五个方面之一。
该战略旨在为该区域海洋部门的长期可持续增长提供支持，欧盟乐观地估计，到2020年，世界上5%的矿物可能来自海底。
如果能够克服技术挑战，到2030年，欧洲海洋矿物开采的年营业额可能从零增长到100亿欧元。
然而，除了从海底开采原矿资源，还有其他选择。
这种方法包括:用