Під час вивчення можливого «золотого лихоманки» на дні океану науковці наштовхнулися на несподівану небезпеку. Дослідники Геологічної служби США (USGS) повідомили, що деякі глибоководні мінерали можуть самовільно займатися, коли їх піднімають на поверхню. Про це йдеться у статті, опублікованій у журналі Scientific Reports і достроково поширеній для швидкого ознайомлення громадськості, на яку звертає увагу ScienceAlert.
Ще у 2022 році два зразки металосульфідних порід, підняті з великої глибини, у лабораторії самі по собі розігрілися до температур понад 100 °C і повністю окислилися. USGS називає це «потенційним ризиком, який заслуговує на особливу увагу, якщо розробка масивних сульфідних покладів морського дна буде просуватися далі».
Як знайшли самозаймисті породи
Горючі породи були зібрані під час глибоководної експедиції до жолоба Есканаба в межах виключної економічної зони США біля кордону штатів Орегон і Каліфорнія. Надра цього району, де є гідротермальна активність, багаті на мідь, цинк та залізо.
У співпраці з Бюро з управління енергетичними ресурсами шельфу (BOEM) і Національним управлінням океанічних і атмосферних досліджень (NOAA) фахівці USGS за допомогою дистанційно керованого апарата зібрали 57 гідротермальних зразків порід у чотирьох ділянках жолоба. Більшість із них містила металосульфіди як основний тип мінералів.
У лабораторії ці породи заморожували, висушували та подрібнювали. У процесі підготовки два зразки несподівано самозайнялися. Отримані температури виявилися настільки високими, що повністю змінили початковий мінеральний склад, окисливши вихідні зразки.
Чому глибоководні сульфіди можуть горіти
Масивні сульфідні поклади на дні океану цікаві тим, що можуть містити не лише мідь і цинк, а й дорогоцінні метали, зокрема золото та срібло. Водночас вони здатні поводитися небезпечно. Попередньо вважали, що в глибокому океані інтенсивне осадонакопичення сприяє утворенню гідротермальної нафти, яка може «ховатися» всередині металосульфідних мінералів і на суходолі призводити до самонагрівання.
Однак у новому дослідженні аналіз складу та властивостей показав, що смола й нафтові домішки навряд чи є головною причиною загоряння. Натомість з’ясувалося, що самозаймисті зразки складаються переважно з нанокристалічного марказиту — однієї з форм сульфіду заліза, яка виявилася особливо нестійкою за наявності кисню.
Додаткове нагрівання та механохімічні впливи — подрібнення, розламування, перетирання — забезпечують енергію для запуску реакцій окиснення. У процесі такого окиснення порода починає самонагріватися, що й може призводити до швидкого займання.
Наслідки для майбутнього видобутку на дні океану
Міжнародний орган з морського дна (ISA) уже видав дозволи на розвідування сульфідних покладів на двох великих океанічних хребтах — Північній серединно-Атлантичній гряді та Південно-Західному Індійському хребті. Промисловий видобуток там ще не почався, але нові результати свідчать: діяти потрібно дуже обережно.
У пресрелізі USGS наголошується, що деякі масивні сульфідні породи морського дна мають фізичні та хімічні властивості, які можуть істотно відрізнятися від подібних руд, що видобуваються на суходолі. Це стосується й здатності до самозаймання.
Дослідники підкреслюють: не кожна порода з марказитом на океанському дні становить загрозу. Але в разі розвитку глибоководного видобутку породи, підняті на поверхню, потраплятимуть у зовсім інші умови — з доступом до кисню, зміною температури, тиску й вологості. Усе це може впливати на реакції сульфідних мінералів і кількість тепла, яку вони виділяють.
Автори роботи попереджають, що виділення тепла екзотермічними реакціями в масивних сульфідних покладах морського дна майже не вивчалося, але воно потенційно здатне спричиняти раптові пожежі на суднах або в місцях обробки руди. Враховуючи також екологічні ризики для вразливих глибоководних екосистем, ці результати можуть вплинути на розробку майбутніх правил безпеки й регулювання галузі.
Дослідження опубліковане в журналі Scientific Reports.