基尔传感器 深海采矿将是巨大的生态危害，会杀死尚未发现的动物
深海采矿将是巨大的生态危害，会杀死尚未发现的动物
深海采矿最早可能在2024年启动，随之而来的将是巨大的生态危害，但科学家还不确定这种伤害是永久性的还是过度性的。撰文：SABRINA WEISS
在太平洋海底之下几公里处，德国亥姆霍兹海洋研究中心（GEOMAR）操作的一个研究机器人正在收集“多金属结核”，以及附着其上的海绵。这片广阔的泥泞平原被称为克拉里昂-克利珀顿区(Clarion-Clipperton Zone)，人们对该地区的生命知之甚少，但矿业公司却想要清理散落在泥床中的富含金属的结核。照片来源：ROV-TEAM, GEOMAR
2021年4月，当一个重达27吨的采矿机器人Patania II开始从太平洋底部吸取金属矿石时，它并不孤单。该机器人由比利时全球海洋矿物资源公司(Global Sea Mineral Resources)开发，并配有一组科学家监视它的一举一动——或者更确切地说，是一组配备了摄像头和其他传感器的遥控车辆。
有几家公司希望在未来几年开始对海底进行工业开采，计划最早可能在2024年启动，GSR就是其中之一。一些人宣称海床是生产电动汽车或智能手机电池所需金属的可持续来源。与此同时，科学家们正试图弄清楚深海采矿会造成多大的生态破坏。
根据欧洲科学家联盟的说法，这种伤害将是巨大的，他们一直在监测GSR的活动，并在最近的一个虚拟会议上报告了初步结果。但要判断这些损害中有多少是永久性的，或者是否应该被认定为过度的，现在还为时过早。
德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心的海洋生物化学家Matthias Haeckel说，在东太平洋进行的每一次类似GSR的采矿活动，每年都会使海底的“生物活性”表层减少200到300平方公里。Haeckel是“采矿影响（MiningImpact）”项目的负责人，该项目由欧洲各国政府资助。比利时根特大学的海洋生物学家、该联盟的另一名成员Ann Vanreusel表示:“如果非要采矿，就应该在不损害生物多样性和生态系统功能的情况下进行。”然而，这是一个很难定义的标准，更不用说实施了，因为我们对深海生态了解的太少。在GSR和其他公司针对太平洋地区的两次考察中，研究人员发现了数千个物种，其中70%到90%是科学上的新物种。
“这本身就是一个很好的例子，表明我们还没有很好地了解这一生态系统的运作方式，”海洋生物学家、国家地理探险家Diva Amon说道，她没有参与“采矿影响”项目。本月发表在《海洋政策》杂志上的一篇评论文章中，Amon及其同事们认为，在开始商业性深海采矿之前，至少应该花十年时间来填补科学认识上的空白。
目前看来，该行业正在以更快的时间框架发展。
"岩石中的电池"
GSR正在探索的地区被称为克拉里昂-克利珀顿区 (CCZ)，是位于夏威夷和墨西哥之间的一个巨大的深海平原，深度为3962米至6096米。那里的海底淤泥中散布着"多金属结核"：溶解的金属从海水中析出，沉淀并堆积在岩石碎片或海洋碎片（如贝壳或鲨鱼牙齿）上时，会形成土豆大小的岩石。这些结核含有特别丰富的钴、镍、铜、锰和稀土元素——正如加拿大新兴矿业公司The Metals Company（TMC）所言，它们就像“岩石中的电池”。
但深海平原也生活着若干在其他地方看不到的动物，从海参到在海床表面爬行的甲壳类动物，再到生活在沉积物里的微小生物。在试验过程中，Patania II将所有这些连同多金属结核一起移除，深度达7.6厘米左右。在太平洋海底深处，一只海葵蹲在富含金属的结核中。这张照片由GEOMAR机器人在一次考察中拍摄。在这次考察中，欧洲研究人员调查了克拉里昂-克利珀顿区的生命，并试图评估在那里开采结核可能产生的影响。照片来源：ROV-TEAM/GEOMAR
Vanreusel, Haeckel和其他几十位科学家正在研究结核周围的生物，以及这些动物是否能从采矿活动中恢复过来。Amon自2013年起开始访问克拉里昂-克利珀顿区 ，她说，去除结核将不可避免地导致物种数量和多样性的丧失。
“结核的形成需要数百万年的时间，它们是这个生态系统的核心部分。因此，移除它们，就会不可逆转地破坏这个生态系统，”她说道。例如，章鱼就在海绵的死茎上产卵，而海绵生长在结核上。
深海采矿还会带来其他风险。收集车辆会在一个原本永远黑暗的环境中发出噪音和亮光。当它们在海床上翻动时，也会搅起大量的沉积物。科学家们主要担心一点，那就是深海洋流会将这些羽流驱散到多远的地方。当这些沉积物再次沉降到海床上时，它可能会使远离采矿作业的生物窒息。
“采矿影响”项目的研究人员操纵着一个配有照相机和声学传感器的鱼雷状机器人，追踪Patania II在 4572米深的水下掀起的羽流。前期照片显示，沉积物覆盖在采矿轨道两侧约490米范围内的海床上。它最远传播到了几公里外，但浓度较小。以世界上最快的毛毛虫命名的Patania II是早期的原型机。为了商业开采，GSR计划建造一个比它大四倍的收集器。
GSR在其网站上的一份声明中表示，“从环境和社会角度来看，只有在科学研究表明，海底可以成为人口增长、城市化和清洁能源转型所需的原料金属的可靠来源时，才会申请采矿合同。”
至于Patania II收集到的生活在多金属结核及其周围的生物体能否在这场干扰中幸存下来，现在说还为时过早——2022年年底，该试验地点将再度被考察，届时将对此问题进行进一步研究。但秘鲁海岸附近的一个类似地点提供了一些线索。1989年，德国研究人员拖着一个特别设计的犁耙穿过海床，切割并处理沉积物。近30年后，这台机器留下的痕迹仍然清晰可见，而海绵、软珊瑚和海葵的数量尚未恢复。
来自一个小国的巨大推动
海底采矿业已经挣扎了半个世纪，但一直未开启。联合国下属机构国际海底管理局(ISA)根据《海洋法》促进和管理国际水域的采矿活动。自2014年以来，该机构一直在制定法规和许可程序。它要确保任何采矿都是为了“全人类的利益”。到目前为止，ISA只允许矿业公司勘探深海资源，而不允许进行商业性开发。
一只海葵栖息在附着于多金属结核的海绵上。照片来源：ROV-TEAM/GEOMAR
但工业化深海采矿的黎明可能很快就会到来，部分原因是为了满足绿色能源转型的矿物需求。2021年6月25日，太平洋小国瑙鲁行使其作为ISA成员国的权利，触发了倒计时，本质上迫使该机构在两年内制定完必要的规章。瑙鲁的采矿承包商TMC最近上市，它向潜在投资者释放了信号，预计最早将于2024年开始开采结核。该公司还持有汤加和基里巴斯两个太平洋岛国的勘探许可证。据估计，其三个合同区内的结核足够为2.8亿辆汽车供电。
瑙鲁推动了采矿规则的制定进程，为此环保人士和科学家发出了更强的警告。自那以后，来自44个国家的620多名海洋科学家和政策专家签署了一份声明，呼吁停止所有的采矿活动，直到深入了解其生态后果。数十个政府机构和欧洲议会支持暂停开采，包括福特、三星和谷歌在内的几家制造企业表示，它们不会从深海开采矿产。
然而，深海采矿的暂停也可能会延缓或中止一些关键研究。“采矿影响”项目有近1100万美元的预算，由欧洲各国政府资助，用于开展独立的基线研究，并监测GSR在克拉里昂-克利珀顿区的收集器测试。矿业公司也在自己的环境调查上投入了数百万美元。
“我担心后续的资金支持会低于过去几年的水平。所以问题是，在暂停阶段，我们能了解到多少东西，” Haeckel说。
“采矿影响”项目的研究人员仍在忙于评估他们的数据和收集到的数千个样本。但要确定工业采矿将造成的“严重危害”的临界值(ISA要求防止这种危害)，特别是在矿区以外，还需要几年，甚至几十年的时间。2021年12月，德国不来梅大学的法律研究员Pradeep Singh在《海洋政策》杂志上发表文章强调，ISA及其168个成员国尚未就“有效保护”和“有害影响”的含义达成共识。然而，当2023年7月倒计时结束时，ISA将不得不开始批准或驳回开采许可证的申请。所有国家，甚至那些没有海洋通道的国家，都有权申请。
Haeckel猜测，ISA可能最初只允许少量的申请操作，而不是一次10个。随着更多科学证据的出现，这些规则可能会被调整。但这种方法很难在法律上实施。“很多人担心，采矿工业可能会向前推进，”Singh说道，他支持暂停开采。“一个采矿活动可能没有那么大的危害，但如果你允许一种采矿活动，就必须允许其他的，这些效应累积起来，影响将是灾难性的。”
（译者：陌上花开）
F1 2020冬测开始 工程师却为啥拎着一把喷壶？
F1 2020赛季的冬测已经开始了，良好的开端是成功的一半，今年的测试天数相较于去年少了两天，由原来的8天缩减到了现在的6天。那今年的季前测试将分为两轮各3天进行，第一轮是2月19-21日，第二轮是2月26-28日。
为什么要进行冬季测试？
虽然不是正式比赛，但冬测在整个赛季的工作中扮演了非常重要的角色。各支车队们将在测试中收集有价值的数据，以便将赛车调整到最佳状态来迎接新赛季的比赛。这些数据是使用多种传感器和设备收集的，比如下边这样。
是不是看着有点新鲜？漆都没喷好还挂着两扇天线就上了赛道了。其实这些都是对赛车空气动力学表现进行测试的必备工具，那扇“天线”的学名叫做Aero Rake中文名是气流感应器，那种油漆叫做荧光漆，它的英文专业术语称为Flow Viz。下面咱就挨个聊聊它俩的具体作用。
什么是Aero Rake？
那些长得跟“天线”的东西其实就是气流感应器，学名叫基尔探针，本质上是一种空速管。
F1赛车为啥跑的快，一部分原因是动力系统，那还有更大一部分原因就是空气动力学设计了。现在的赛车动力系统其实并不是各队研发的重点了，因为国际汽联把排量和缸数一降再降，还规定了不少限制规定，所以车队在动力部分并没有太大的发挥空间。
Aero Rake的作用
但空动设计就不一样了，它关系到赛车的综合实力，高速时的下压力，过弯时的稳定性。以至于我们几乎每站比赛都能看到新的空气动力学套件安装到车身上。但是气流这个的东西实在是太复杂了，就连风洞测试也不能完全模拟气流的走向，多少都会有失真现象出现。再加上在近年来国际汽联为节省车队开支，严格限制使用风洞测试的时间。各个车队都不得不利用冬季测试的机会抓紧获得更真实的空气动力学数据，那这个Aero Rake就是收集气流数据的工具。
它的工作原理简单来说就是，迎风管口是测试取样口，通过测量气流的速度、角度、压强来得知测量区域气流的情况。每一个监测点都是一根朝前或者其他特定方向的测量管。因为气流绕过障碍物才会改变原来的方向和流速，所以在各种空气动力学部件后方收集气流数据尤为重要。加上绕过大的、非流线型的物体更容易产生乱流，而乱流的情况更难以计算，这也是各车队多在引擎侧面进气道之前和赛车尾部测量真实数据的原因之一。
什么是Flow viz？
当然，还有一些更土的方法来测试车身表面的气流情况——“刷漆”。就是上面提到的Flow Viz。Flow viz是一种特制的荧光漆，被喷在需要测试气流走向的赛车部件上。而且它干得很快很容易被气流带走，干了以后形成了指示气流方向的图案。
Flow viz的作用
Flow viz可算得上是改善空气动力学性能的非常有用的信息。工程师一般会把它喷在特定组件上，然后让赛车上赛道跑个短距离。等赛车回到P房，产生的图案会被仔细拍照并送回后方进行分析。比如这次的梅奔，转播镜头没给特写，大伙儿将就看。工程师正趴在地上拍照“留念”。可以看到制动管道和前叉臂上的白色表示如何操纵前翼各种翼面上的气流流入制动管道，提供所需的冷却以保持有效的制动性能，因为F1的刹车片温度可以轻松超过一千多度。
再比如侧箱导流板，这个部件可以说是最复杂的气动装置，因为它是由小碳纤维部件组成的复杂结构。一如既往，每个车队都投入了大量的资源来开发他们独特的版本。
图中能明显看到涂料是如何沿着转向叶片拖动并到达侧箱表面的。清楚地显示了气流通过导流板的证据。图案中密集的条带表示高速区域，这种气流也就是说，我们可以观察气流在哪里分离，哪里重新附着在表面。
那Flow viz的最大作用就是，工程师可以观察气流在哪些部位形成乱流，或者确认气流的走向与设计目的相符，进而针对这些细部微调，改善赛车的空气力学性能。
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