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由于对稀土元素资源匮乏,日本打算从化石鱼中开采稀土元素

看起来很奇怪,一个太平洋小岛以南的2,500平方公里的区域可以提供四种物质,这些物质对运用在现代电子设备来说已经有数百年历史了。

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位于西太平洋中,是日本最东端的小岛南鸟居岛。如三角形的斑点仅占一平方英里,并且由于奇特的墙状周长,该岛的大部分地区都在海平面以下。除了飞机场和日本气象站外,没有什么其他的东西了。最近的土地在1,000多公里之外。

然而,尽管其品质不佳,但该岛仍是解决稀土元素匮乏的关键:稀土元素宝库。

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那个宝藏所在的地方仍然让人感到好奇。该矿不在岛上。它位于该岛所在海山以南的粘土沉积物中,堆积着许多鱼齿,鳞片和骨头。鱼化石是稀土元素的摇篮。

它们堆积太多了,以至于日本科学家计算得出,在这个小岛以南2500平方公里的区域中,泥浆可以满足数百年来世界上四种稀土元素的需求。但是为何?而且最重要的科学家是将如何处理?

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稀土元素是一组化学元素,占据了元素周期表的整个沟壑。科学技术正处在技术繁荣的中期,稀土元素对于令人眼花缭乱的机器至关重要。其中有许多使我们能够产生或利用可再生能源。

每次购买电视、智能手机、LED、紧凑型荧光灯或可充电电池时,还有公用事业每次架设风力涡轮机、丰田每次制造普锐斯(Prius),内部都会喷洒一些稀土元素。许多医疗和军事技术也使用它们。结果,在过去的十年中稀土元素的消耗量日渐倍增了。具有讽刺意味的是,目前它们所来自的大多数矿山都在中国,随之而来的是开采的环境问题。

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然而,稀土元素实际上在地球上并不稀有。罕见的是在可开采的矿床中发现这些元素。由于其化学性质,它们通常不会以易于提取的方式聚集为稀土矿物质。

在今年6月发表于《科学报告》上的一篇论文中,一组日本科学家试图对南鸟居岛以及南太平洋高原东南部第二个类似地点的鱼化石进行年代测定。 确定其起源以及在其他地方是否可能还有更多稀土元素。

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他们使用了化石本身的细节以及黏土中同位素的比率,这些黏土随时间的变化以前已被绘制出来。他们计算出这些化石有3440万年的历史,而它们集中在南鸟居岛脚下是由于南极冰盖产生的行星冷却造成的偶然结果。

大约三千四百万年前,在温暖的时期之后,南极洲开始形成永久性冰原覆盖。不久之前(从地质学角度而言),南美洲终于在南美洲底部的冰川通道和南塔斯曼海峡的南部开放,从而自由地在大陆上流动,它取代了塔斯马尼亚岛与南极洲之间的陆桥。随着大气中二氧化碳的减少,这种循环将南极洲与较热的空气热隔离到了北部,并使南极洲变得更冷,从而形成了永久冻土。

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冷却的结果是,南极底部水变得更冷,因此变得更稠密。由于更深的地下水,它开始在变温暖,密度较小的水流下向北流动。曾经在缓慢的南部海域收集和储存了数千年营养的底水在很长一段时间内第一次被搅动。

当这种丰富的冷水冲击到足够大,陡峭和足够高的海山底部时,被迫上升。营养物质涌入阳光照射的水带动了生命。如今由于深水流的上升,在海山周围产生了类似但强度较低的温度环境。

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由此产生的适合生物生存的环境持续了大约100,000年。当储存在南极洲周围的营养物质耗尽时,它停止了运转。与此同时,严峻的但不可避免的结果,鱼类牙齿骨碎片和齿状秤叫细齿 沉积在海的底部。

生物研究所大田润一郎认为,化石磷酸盐确实非常善于捕获稀土元素。在最近的3400万年中,化石从泥浆中捕获的流体中缓慢吸收了钇、eu、ro和ter,生物骨头的大表面积增强了这种能力。结果泥浆中含有大量的稀土元素,但其含量却高达百万分之二十。南鸟居岛之所以特别,并不是因为它包含鱼类化石,也不是说这些化石在任何方面都是特别的,而是过去的气候变化所产生的一次性过程导致了它们的超大量沉积在一起。

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日本小组计算得出,南鸟居岛以南有1600万吨稀土氧化物, 以当前的消费率,上述四个元素足可以为世界供应420-780 年,而该矿床“具有向世界供应这些金属的潜力。”

当然,这一切都意味着南鸟居岛和高原绝不是唯一的。从理论上讲,任何太平洋岛或海山足够陡峭和高(至少有几千米的上升),并且在海盆中足够深(科学家计算得出的深度超过5,000米),基地附近相对较小的区域。太平洋上有数百个具有适当测深的岛屿和海山,并且用红色绘制了科学家科研的潜在目标的地图。

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那么,问题就变成了如何处理。多样化和大规模增加地球上稀土元素的供应似乎是一个坚定的支持者。资源的增加意味着我们可以制造更多的设备来替代对化石燃料的需求。而且鱼类化石的体积大于被其包埋的沉积物,这使得它们的提取相对容易地按大小进行分类,而不是像常规的露天采矿那样使用有毒的化学物质。与陆地稀土相比,泥浆还含有少量的放射性元素,例如铀和or。

但是鱼类化石位于三英里以上的水深处,其深度尚无法实现商业开采作业的获利能力。还有深海采矿后果的问题。

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为在世界各地乱扔垃圾的臭名昭著的锰结核开采海底的事件(臭名昭著的是格洛玛探险家试图打捞起苏联潜艇的借口)目前正出于在一个海域中开采锰结核的实际目的而进行。

根据7月31日发表在《生态与进化趋势》上的一项研究,在这种情况下,扰乱如此大面积海床的成本既可能被低估,又可能很高。他们认为同样的误解很可能会困扰所有深海采矿项目成本的计算。

有人可能会争辩说,由于鱼化石被包含在相对较小的区域中,因此提取它们的好处超过了任何生物学上的代价。但是,由于许多将鱼化石放在首位的相同原因,海山以南的栖息地可能是有价值的生物地产。而且,由于人类不是无所不知的,并且意外后果的定律是铁定的,因此很可能还有其他意想不到的代价。

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这一切如何与在中国继续获取稀土元素或通过最近在美国或其他地方开设新矿山的努力产生的成本相比呢?9月1日发表在《自然通讯》上的一项研究讨论了一种非常现实的可能性,即如果没有精心计划和执行,地表采矿为可再生能源技术创造的对生物多样性的威胁可能会超过阻止气候变化所带来的好处。简而言之,这很复杂。

采矿不是敌人。没有它,社会并不会无法运转。一位退休的采矿工程师退休感言,接触的每一种商品都是来源采矿的或耕种的,就像农业或渔业一样,重要的是我们如何进行采矿。不幸的是,这通常意味着更高的价格。

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许多人发现,必须每年或每半年购买一次全新的手机、计算机或电视,而不用三思而后行,但是每次购买都会带来获得使它们运转的要素的后果。

无论是在地球表面还是在海底,我们在节约资源方面都必须是明智的,但在选择方面也要明智。值得记住的是,下次光标移动到您的下一个“必备”设备的购买按钮时,其创建会产生后果。同时,我们应该仔细考虑过去的降温带来的怪异意外现象,以防止当前变暖困境带来的可怕后果的可能性。

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