نقش کلیدی معادن مس برای آینده انرژی پاک و مشکلات پیشِ رو

تصویر: موزاییک خیره کننده از مس اکسید شده به شکل آزوریت (آبی) و مالاکیت (سبز) در یک سنگ. دیمیتری هوتمن، نویسنده ارائه داده است.
 
بیش از 100 کشور، از جمله ایالات متحده و اعضای اتحادیه اروپا، متعهد شده اند تا سال 2050 میزان انتشار خالص کربن صفر شود. در این مسیر، جهان به فلزات زیادی، به ویژه مس نیاز دارد.
 قربانی کردن منافع مردم محلی در راستای منافع مادی بیشتر مسئولانه تلقی نمی شود.اخیراً، آژانس بین المللی انرژی زنگ هشدار در مورد عرضه جهانی مس را به عنوان پرکاربردترین فلز در فناوری های انرژی های تجدید پذیر به صدا در آورد. با پیش بینی گلدمن ساکس تا سال 2030 تقاضای مس تا 600 درصد افزایش یافته و عرضه جهانی به طور فزاینده ای تحت فشار قرار می گیرد، و بدیهی است که ما باید سریعاً منابع جدید و بزرگ مس پیدا کنیم.
 
به دست آوردن این مقدار مس غیر ممکن است مگر این که رسوبات جدید مسی کشف کنیم. اما در دهه گذشته اکتشافات کمی در زمینه مس انجام شده است، زیرا قیمت ها نسبتاً پایین بوده است.
 
ما در حال توسعه نرم افزاری برای مدل سازی زمین در چهار بعد هستیم تا به عمق سیاره نگاه کنیم و به گذشته بازگردیم تا کشف کنیم که رسوبات مس در کجا در امتداد رشته کوه های باستانی شکل گرفته است. این نرم افزار که GPlates نامیده می شود، یک سیستم اطلاعاتی قدرتمند چهار بعدی برای زمین شناسان است.
 

چگونه رسوبات بزرگ مس تشکیل می شود

بسیاری از غنی ترین ذخایر مس جهان در امتداد زنجیره کوه های آتشفشانی مانند آند و کوه های راکی ​​تشکیل شده است. در این مناطق، یک صفحه تکتونیکی اقیانوسی و یک قاره برخورد می کنند و صفحه اقیانوسی در فرایندی به نام فرورانش به زیر لبه قاره فرو می رود.
تشدید آثار اجتماعی و زیست محیطی معادن مس می تواند عرضه طولانی مدت مس را به خطر بیندازد. اگر مخالفت افزایش یابد و عرضه متوقف شود، انتقال انرژی پاک نیز متوقف می شود.  
تصویر: رشته کوه هایی مانند آند از فرورانش تشکیل شده و می توانند سرشار از رسوبات مس باشند. Adèle Beausoleil / Unsplash
 
این فرآیند انواع سنگ های آذرین و رسوبات مس را در امتداد لبه قاره، در عمق بین یک تا پنج کیلومتری پوسته ایجاد می کند، جایی که سیالات ماگمایی داغ حاوی مس (و دیگر عناصر) در شبکه گسل ها در گردش هستند. پس از میلیون ها سال حرکت بیشتر صفحه و فرسایش، این گنجینه ها به سطح نزدیک می شوند - و آماده کشف.
   
تصویر: نمونه ای از مس که به شکل ماده ای معدنی به نام کالکوپیریت در یک رگه کوارتز میزبانی شده است. هنگامی که در معرض هوا قرار می گیرد، سطح اکسید می شود و این درخشش فلزی "طاووس" را ایجاد می کند. Marek Novot ؟؟ k / Wikimedia Commons
شرکت های معدنی نمی توانند راه خود را، بد.ن اعتنا به از دست دادن تنوع زیستی، فقر شدید و خطر فساد، بروند. اگر آنها قبل از شروع رونق مس با این چالش های بزرگ رو به رو نشوند، این تأثیرات در میراث آینده معدن پنهان می شود.

جستجوی مس

زمین شناسان معمولاً از مجموعه ای از ابزارهای تثبیت شده برای جستجوی مس استفاده می کنند. این ها شامل نقشه برداری زمین شناسی، نمونه برداری ژئوشیمیایی، بررسی های ژئوفیزیکی و سنجش از راه دور هستند. با این حال، این رویکرد منشأ سیالات ماگمایی در مکان و زمان را به عنوان محرک تشکیل مس در نظر نمی گیرد.
 
ما می دانیم که این مایعات ماگمایی از "گوه گوشته"، یک قطعه گوه ای از گوشته بین دو صفحه که از مایعات اقیانوسی در حال خروج از صفحه نزولی تغذیه می شود، ناشی می شوند. صفحه اقیانوسی در راه پایین رفتن گرم می شود و مایعاتی را آزاد می کند که به پوسته قاره ای پوشاننده افزوده می شود، که به نوبه خود فعالیت آتشفشانی را در سطح و تجمع فلزاتی مانند مس را ایجاد می کند.
   
تصویر: سطح مقطع زمین نشان می دهد که یک صفحه تکتونیکی از زیر دیگری عبور می کند، با آتشفشان های خلاق و رسوبات مس در بالای آن. رسوبات مس تمایل دارند در بالای مناطق فرورانش در امتداد زنجیره های آتشفشانی شکل بگیرند. این شماتیک مقیاس پذیر نیست. اصلاح شده از  Shutterstock
 
تفاوت در نحوه وقوع فرورفتگی و ویژگی های صفحه اقیانوسی ممکن است راز درک بهتر مکان و زمان تشکیل رسوبات مس باشد. با این حال، از این اطلاعات به طور سنتی در اکتشاف مس استفاده نمی شود.
تقاضا برای مس و دیگر مواد معدنی انتقال انرژی، پیش بینی های رونق کالا و عصر طلایی برای اکتشاف مواد معدنی را برانگیخته است.

ساخت یک زمین مجازی

در گروه تحقیقاتیEarthByte ، ما در حال ساختن یک زمین مجازی هستیم که در آن از نرم افزار تکتونیکی صفحه GPlates  خود استفاده می کنیم، که این به ما امکان می دهد به عمق سطح زمین نگاه کرده و به گذشته سفر کنیم. یکی از کاربردهای فراوان آن درک محل تشکیل رسوبات مس در امتداد کمربندهای کوهی است.
 
در مقاله ای اخیر، نحوه عملکرد آن را شرح می دهیم. ما روی 80 میلیون سال گذشته تمرکز کرده ایم زیرا بیشتر ذخایر مس اقتصادی شناخته شده در امتداد کمربندهای کوهستانی در این دوره شکل گرفته است. این دوره همچنین برای مدل های ما دقیق تر است.
 
ما از یادگیری ماشین برای یافتن ارتباط بین ذخایر مس شناخته شده در امتداد کمربندهای کوهی و تکامل منطقه فرورانش مرتبط استفاده کردیم. مدل ما به بررسی چندین پارامتر مختلف منطقه فرورانش می پردازد و تعیین می کند که هر کدام از نظر ارتباط با ذخایر معدنی شناخته شده چقدر مهم هستند.
 
بنابراین چه چیزی مهم به نظر می رسد؟ صفحات با چه سرعتی به سمت یکدیگر حرکت می کنند، چقدر کربنات کلسیم در پوسته فروراننده و رسوبات عمیق دریا وجود دارد، صفحه فرورانش چقدر قدیمی و ضخیم است و تا نزدیک ترین لبه یک منطقه فرورانش چقدر فاصله دارد.
 
با استفاده از روش یادگیری ماشین ما می توانیم نقاط مختلف جهان را بررسی کرده و ببینیم آیا آنها شرایط مناسبی را برای تشکیل رسوبات مس در زمان های مختلف تجربه کرده اند. ما چندین منطقه نامزد در ایالات متحده، از جمله در مرکز آلاسکا، جنوب نوادا، جنوب کالیفرنیا و آریزونا و مناطق متعدد در مکزیک، شیلی، پرو و ​​اکوادور را شناسایی کردیم.
 
دانستن زمان تشکیل ذخایر سنگ معدن مهم است، زیرا به کاوشگران کمک می کند تا تلاش خود را بر روی سنگ های سنین خاص متمرکز کنند. علاوه بر این، این نشان می دهد که چه مقدار زمان ممکن است برای نزدیک شدن رسوبات به سطح لازم بوده باشد.
 
استرالیا دارای ذخایر مشابهی است، از جمله منطقه مس - طلای کادیا در نیوساوت ولز. با این حال، این سنگ ها به طور قابل توجهی قدیمی تر هستند (تقریباً 460 میلیون تا 430 میلیون سال سن دارند) و نیاز به مدل هایی مجازی از زمین دارند که به مراتب بیشتر از آن چه در قاره آمریکا اعمال می شود به عقب نگاه کنند.
وجود مس برای صفحات خورشیدی، توربین های بادی، وسایل نقلیه برقی و ذخیره باتری بسیار مهم است.

آینده اکتشافات معدنی

یافتن 10 میلیون تن مس تا سال 2030 – که معادل هشت مورد از بزرگ ترین ذخایر مس است که ما امروز استخراج می کنیم - یک چالش بزرگ است.
 
با بیش از یک دهه حمایت از AuScope و استراتژی ملی زیر ساخت های تحقیقاتی مبتنی بر همکاری (NCRIS) (National Collaborative Research Infrastructure Strategy)، ما در موقعیتی قرار داریم که بتوانیم با این چالش مقابله کنیم. با شارژ بسیار فراوان GPlets در نگاه تلسکوپی رو به پایین استرالیا، همراه با هوش مصنوعی و ابر رایانه، می توان با آن مواجه شد.
 
این فناوری های نوظهور به گونه ای فزاینده توسط استارتاپ هایی مانند Lithodat و DeeperX و شرکت های معدنی با همکاری دانشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد تا پتانسیل عظیمی از هوش مصنوعی را برای کشف مواد معدنی حیاتی توسعه دهند.
 

تقاضای فاجعه بار جهانی برای مس

 
مزایای استفاده از انرژی پاک بسیار زیاد است. مانند هر فعالیت صنعتی، این گذار دارای اثرات بالقوه زیست محیطی و اجتماعی است.
 
همان طور که به سمت انتشار خالص صفر می رویم، مقادیری رکوردی از مس مورد نیاز است. وجود مس برای صفحات خورشیدی، توربین های بادی، وسایل نقلیه برقی و ذخیره باتری بسیار مهم است.
 افتن 10 میلیون تن مس تا سال 2030 – که معادل هشت مورد از بزرگ ترین ذخایر مس است که ما امروز استخراج می کنیم - یک چالش بزرگ است.متأسفانه، ما به سمت مشکل عرضه می رویم. تحلیلگران بازار برآورد می کنند که کمبود سالانه عرضه مس در صورت عدم ساخت معادن جدید تا سال 2030 به 10 میلیون تن برسد. این بدان معناست که قیمت ها رو به افزایش است و این به معدنچیان انگیزه می دهد تا معادن جدید مس را به بازار بیاورند.
 
پیچیدگی این معادن جدید بی سابقه خواهد بود، مگر این که یک معدنکاری متفاوت انجام شود. عجله برای تولید این پروژه ها می تواند آثار غیر قابل قبول و فاجعه باری بر مردم و محیط های محلی داشته باشد.
 

عصر طلایی مس

تا همین اواخر بازار مس هموار بوده است. قیمت ها پایین بوده و محیط مناسبی برای تولید کنندگان نبوده است. اکنون بازار در حرکت است.
 
تقاضا برای مس و دیگر مواد معدنی انتقال انرژی، پیش بینی های رونق کالا و عصر طلایی برای اکتشاف مواد معدنی را برانگیخته است.
   
تصویر: توربین های بادی بر روی مزارع سبز در یک روز آفتابی. مس به عنوان یک مجرای الکتریکی کارآمد، برای بسیاری از سیستم های انرژی تجدید پذیر از جمله انرژی خورشیدی و باد مورد نیاز است. تصویر AAP/ارائه شده توسط نیروگاه بادی بندر گرانویل
 با استفاده از روش یادگیری ماشین ما می توانیم نقاط مختلف جهان را بررسی کرده و ببینیم آیا آنها شرایط مناسبی را برای تشکیل رسوبات مس در زمان های مختلف تجربه کرده اند. در 12 تا 13 آوریل، تولیدکنندگان اصلی از جملهBHP ، Rio Tinto  و Anglo American برای جمع آوری اطلاعات بازار برای کنفرانس مجازی جهانی مس گرد هم آمدند.
 
در مواجهه با تقاضای جهانی بالا، حیاتی است که این شرکت های بزرگ، چالش های پایداری مس را لاپوشانی نکنند.
 

چهار چالش عمده پایداری

چهار معضل عمده صنعت معدن در رونق قریب الوقوع مس وجود دارد. این که چگونه این چالش ها برطرف می شوند تعیین می کند چه کسانی در انتقال انرژی برنده و بازنده هستند.
 
1- ذخایر مس کشف نشده در مکان های دور افتاده و دشوار قفل شده است.
 
ذخایر مس کشف نشده - که به عنوان "سنگ معدن" شناخته می شوند - اغلب در مکان هایی مانند کوه های بلند آند، قطب شمال و در دریاهای عمیق یافت می شوند.
 
چالش های اجتماعی، زیست محیطی و فنی پروژه ها در این مکان ها بیشتر از قبل خواهد بود. به عنوان مثال، بی ام و، سامسونگ و ولوو به تازگی از درخواست های مهلت برای معدن کاوی در عمق دریا حمایت کرده اند.
 
2- بسیاری از پروژه های پیشنهادی با مخالفت عمومی مواجه می شوند.
 
این شامل پروژه های بزرگی مانند Resolution Copper و Pebble در ایالات متحده، Tampakan در فیلیپین و رودخانه فریدا در پاپوآ گینه نو می شود.
 
مخالفت عمومی با این پروژه ها و دیگر پروژه های مقیاس بزرگ به این معناست که آنها قبل از اجازه داده شدن به این پروژه ها می توانند با نبردهای حقوقی دشواری رو به رو شوند.
   
تصویر: علامتی برای معدن مس رزولوشن. بخشی از پروژه مبادله زمین معدن مس در آریزونا، ایالات متحده، از گروهی از آپاچی ها که در ژانویه 2021 از دولت آمریکا شکایت کردند، عقب نشینی جدی داشت. AP Photo/Ross D. Franklin، File
 ما از یادگیری ماشین برای یافتن ارتباط بین ذخایر مس شناخته شده در امتداد کمربندهای کوهی و تکامل منطقه فرورانش مرتبط استفاده کردیم. 3- پیش بینی می شود معادن آینده مس دارای درجه معیار پایین تر و عمیق تر باشند.
 
درجه معیار، اندازه گیری مقدار فلز با ارزشِ موجود در بدنه سنگ معدن (کانسار) است. سنگ معدن های عمیق تر و با درجه پایین به این معنی است که معادن جدید مس احتمالاً سنگ های زاید بیشتر، و  باطله های بیشتر و عناصر خطرناکی مانند آرسنیک تولید می کنند.
 
باطله، بقایای استخراج از معادن و فرآوری مواد معدنی است و از سنگ های ریز آسیاب شده، مواد شیمیایی و آب تشکیل شده است. اگر تقاضای پیش بینی شده برآورده شود، ما محاسبه می کنیم که جهان بین سال های 2000 تا 2050، نسبت به کل قرن قبل، بیش از 9 برابر مقدار باطله مس تولید می کند.
 
در همین حال، صنعت با مدیریت این زباله های خطرناک با بحران اعتبار رو به روست.
 
4- معادن جدید مس احتمالاً در مناطق حساس سیاسی و زیست محیطی مستقر خواهند بود.
 
تحقیقات ما از سال 2019 نشان داد که 65 درصد از سنگ های معدن مس که استخراج نشده اند در مناطقی با ریسک بالای آب قرار دارند: آبِ بسیار کم به این معناست که معدنچیان در بین دیگر استفاده کنندگان آب محلی برای آب رقابت می کنند و آب بیش از حد بدان معناست که باطله مس وارد آب می شود.
 
تقریباً نیمی (47 درصد) از این سنگ های معدنی در یا در نزدیکی سرزمین های بومیان و 64 درصد در داخل یا نزدیک مناطق حیاتی برای حفاظت از تنوع زیستی واقع شده اند. 50 درصد از آنها در کشورهای شکننده اجتماعی و سیاسی مانند جمهوری دموکراتیک کنگو واقع هستند.
 

یک افزایش ساده قیمت مسائل اساسی را حل نمی کند

در گذشته، صنعت معدن برای رفع کمبودهای عرضه به افزایش قیمت متکی بود. قیمت بالای فلز به شرکت ها سرمایه مالی لازم برای فعالیت در مکان های دشوار و سرمایه گذاری در فناوری های جدید معدنی را می دهد.
 رسوبات مس تمایل دارند در بالای مناطق فرورانش در امتداد زنجیره های آتشفشانی شکل بگیرند. برخی از این سرمایه ها از پیشرفت های پایداری مانند بازیافت و کاهش مصرف آب و انرژی حمایت می کنند. اما بسیاری از چالش های پایداری که در بالا بیان کردیم نسبت به قیمت حساس نیستند.
 
شرکت های معدنی نمی توانند راه خود را، بد.ن اعتنا به از دست دادن تنوع زیستی، فقر شدید و خطر فساد، بروند. اگر آنها قبل از شروع رونق مس با این چالش های بزرگ رو به رو نشوند، این تأثیرات در میراث آینده معدن پنهان می شود، بدون روشن شدن این که چه کسی در دراز مدت مسئولیت را بر عهده می گیرد.
 
این امر به آثار مخربی خواهد رسید که معادن موجود قبلاً ایجاد کرده اند. یکی از نمونه های معروف معدن Panguna در Bougainville است که منجر به آسیب های زیست محیطی گسترده و جنگ داخلی شد.
   
تصویر: منطقه ممنوعه در بوگن ویل نشان داده شده است. معدن مس پانگونا در بوگین ویل یک دهه جنگ داخلی را برانگیخت. تصویر AAP/ایلیا گریدنف
 
علاوه بر این، تشدید آثار اجتماعی و زیست محیطی معادن مس می تواند عرضه طولانی مدت مس را به خطر بیندازد. اگر مخالفت افزایش یابد و عرضه متوقف شود، انتقال انرژی پاک نیز متوقف می شود.
 

حالا گزینه ها چه هستند؟

با افزایش تقاضا برای مس، ما بر سر دو راهی قرار داریم.
 
یکی از گزینه ها حمایت از معادن مس در مقیاس بزرگ و انتقال انرژی پاک برای منافع بیشتر کره زمین است. معدنچیان تمام تلاش خود را برای به حداقل رساندن تأثیرات انجام می دهند، اما ما می پذیریم که آسیب های جانبی برای جوامع محلی وجود خواهد داشت. این با آخرین تعهدی که بزرگ ترین شرکت های جهان مبنی بر "صدمه صفر به مردم و محیط زیست" اخیراً در زمینه مدیریت پسماند داده اند، فاصله دارد.
 
گزینه دوم این است که اصرار داشته باشید معدنچیان تمام فرصت ها را برای جلوگیری از آسیب به کار گیرند. این امر به این دلیل است که قربانی کردن منافع مردم محلی در راستای منافع مادی بیشتر مسئولانه تلقی نمی شود، زیرا با مفاهیم برابری و انصاف که زیربنای توافقنامه پاریس است، مطابقت ندارد.
 بیش از 100 کشور، از جمله ایالات متحده و اعضای اتحادیه اروپا، متعهد شده اند تا سال 2050 میزان انتشار خالص کربن صفر شود. در این مسیر، جهان به فلزات زیادی، به ویژه مس نیاز دارد.این رویکرد دوم به بهبود قابل توجهی در مدیریت اثرات اجتماعی و زیست محیطی معادن مس نیاز دارد. این امر همچنین ممکن است به معنای کاهش تقاضای جهانی مس، یافتن جایگزین ها و انتخابی سخت در مورد عدم توسعه معادن، در صورت بسیار زیاد بودن خطرات برای مردم محلی و محیط زیست، باشد. انجام این کار مستلزم تجدید ساختار عمده عملکرد بازارهای جهانی کالا است.
 
ممکن است هنوز راه حلی در اختیار نداشته باشیم، اما با آماده شدن جهان برای کنفرانس بزرگ تغییرات آب و هوایی امسال در گلاسکو، باید شروع به پرسیدن این سؤال کنیم که ما در "گذار عادلانه" به دنبال چه نوع عدالتی هستیم و برای چه کسانی؟ و چرا اکثر بومیان درباره پروژه های انرژی پاک برنامه ریزی شده برای سرزمین خود اظهار نظر چندانی ندارند؟
 
منبع:
دیتمار مولر، University of Sydney، جو کوندون، The University of Melbourne، جولیان دیاز، University of Sydney، روهیتاش چاندرا، UNSW، دینا کمپ، الئونوره لبره، جان اوون، ریچارد کی والنتا، The University of Queensland