Mořské dno jako zdroj strategických surovin pod mezinárodní kontrolou Ing. Vratislav Kubišta kubista@atlas.cz VUT v Brně, 24. 5. 2011

Hlavní typy surovin na mořském dně Polymetalické konkrece (angl./franc. nodules, něm. Manganknollen) Kobaltonosné manganové kůry (angl. Co-Mn crusts) Polymetalické masivní sulfidy Kovonosné jíly

Polymetalické konkrece (PMK) Objeveny průzkumnou britskou expedicí na lodi Challenger v letech 1872-76 v Tichém oceáně Za surovinu považovány až od poloviny 20. století Od r. 1958 prováděly průmyslové státy výzkum PMK na mořském dně jako zdroje zásob strategických kovů, zejm. manganu, niklu, mědi, kobaltu, zinku, molybdenu, železa, drahých kovů (zejm. platiny) a vzácných zemin (zejm. lanthan, cer, yttrium a další)

Mezinárodní konsorcia firem k průzkumu a přípravě těžby PMK, zaregistrovaná v USA Kenncott Corp. - z 6 firem z USA, VB, Kanady a Japonska (leden 1974) Ocean Mining Associates /OMA/ - z 4 firem z USA, Belgie a Itálie (květen 1974) Ocean Management Incorporated /OMI/ - z 4 firem z USA, Kanady Japonska a Německa (únor 1975) Ocean Minerals Company /OMCO/ - ze 3 firem z USA a Nizozemska ( listopad 1977)

Národní programy k průzkumu a přípravě těžby PMK Francie: pověřená organizace Association Francaise Pour l´Etude et la Recherche des Nodules /AFERNOD/ - tvořená výzkumným ústavem IFREMER, centrem pro výzkum oceánu CNEXO, Výborem pro využití atomové energie /CEA/, společností pro výrobu niklu /SLN/, Ústavem pro geologii a těžbu surovin /BRGM/ a loďařskou společností Chantiers de France Japonsko: státní podnik Deep Ocean Resources Development Ltd. /DORD/ - složen z 19 průmyslových podniků a bank

Německo: státní investor Arbeitsgemeinschaft Meerestechnische Gewinnbare Rohstoffe /AMR/, sídlil ve Frankfurtu n. M., koordinační centrum Thetis v Hannoveru, několik univerzit, průmyslových podniků jako např. Preussag, Salzgitter a další, výzkumné ústavy – zejm. VWS Berlin (Výzkumný ústav hydrotechniky a stavby mořských plavidel) v současnosti SRN zastupuje státní organizace Federální institut pro geologické vědy a přírodní zdroje (Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe - BGR) se sídlem v Hannoveru

Indie: státní orgán na úrovni ministerstva (Department for Ocean Deveploment – DOD), koordinuje výzkumnou činnost několika výzkumných ústavů a průmyslových podniků Republika Korea: státem pověřený investor KORDI (Korea Ocean Research and Devepolment Institute) se sídlem v Soulu Čína: státem pověřený investor COMRA (China Ocean Mineral Resources Association) se sídlem v Pekingu a několik výzkumných ústavů a podniků

Ruská federace (bývalý SSSR): státní podnik Južmorgeologie, Gelendžik, a výzkumné ústavy, výrobní podniky lodního, leteckého a raketového průmyslu, také Akademie věd nejen v Rusku, ale i na Ukrajině v 70. letech některé státy východního bloku pod vedením SSSR (ČSSR, NDR, Polsko, Maďarsko, Rumusnko, Kuba) prováděly mezinárodní program Intermorgeo na výzkum a průmyslové využití PMK

vláda ČSSR se zapojila do programu Intermorgeo usnesením vlády č vláda ČSSR se zapojila do programu Intermorgeo usnesením vlády č. 320/1971, v r. 1978 byly novým usnesením vlády stanoveny nové úkoly a v letech 1981-85 bylo řešeno 25 úkolů, na kterých se podílelo asi 30 českých a slovenských výzkumných ústavů, VŠ a podniků Výsledky z programu Intermorgeo byly předány po založení SO Interoceanmetal této organizaci

Zákony pro průzkmnou činnost na mořském dně - 1980 – zákon USA o surovinových zdrojích na dně hlubokomořských oblastí s ohledem na sjednání Úmluvy OSN o mořském právu, kterou USA neměly v úmyslu podepsat zákonem byl zmocněn úřad NOAA (National Oceanic and Atmosheric Administration) k vydávání licencí na průzkumnou činnost organizací zaregistrovaných v USA (konsorcií) - obdobné zákony přijaly SRN (1980), Velká Británie (1981), Francie (1982), Japonsko (1982) a SSSR (1982)

Úmluva OSN o mořském právu (Montego Bay, 1982) V r. 1982 podepsalo 158 států, včetně ČSSR, avšak vstoupila v platnost až v r. 1994, pro ČR v r. 1996 po provedení ratifikace v Parlamentu ČR a prezidentem republiky Reguluje v části 11 režim využití surovin na mořském dně a pod jeho povrchem jako společné dědictví lidstva (nelze si ho přivlastnit)

K provádění Úmluvy byla nejdříve na základě rezoluce č K provádění Úmluvy byla nejdříve na základě rezoluce č. 1 a 2, přijaté na 3. diplomatické konferenci OSN o mořském právu v r. 1982, vytvořena Komise OSN pro přípravu Mezinárodního úřadu pro mořské dno a Mezinárodního tribunálu pro mořské právo (PK MOD) se v sídlem v New Yorku PK MOD zajišťovala a koordinovala veškerou činnost spojenou s průzkumem mořského dna za hranicí národní jurisdikce (přidělování licencí státům pro průzkumná území, tzv. claims, a stanovala úkoly jednotlivým investorům)

PK MOD nahradil v r. 1994 Mezinárodní úřad pro mořské dno (ISBA) v Kingstonu na Jamajce (www.isa.org.jm) a Mezinárodní tribunál pro mořské právo (ITLOS) se sídlem v Hamburku v SRN (www.itlos.org)

Účast ČSSR, resp. ČR 1983 – usnesení vlády č. 170/1983 rozhodlo o přípravě podmínek účasti ČSSR na využívání PMK z mořského dna Do přípravy se zapojilo kolem 30 subjektů, koordinovaných Federálním ministerstvem hutnictví a těžkého strojírenství

V září 1984 mimo Úmluvu OSN o mořském právu vlády USA, SRN, Francie, Belgie, Japonska, Nizozemí, Itálie, Velké Británie a později Kanady podepsaly v Ženevě tzv. předběžnou dohodu v záležitostech hlubokých moří s možností vydávat licence na průzkumnou činnost pro své organizace východní a rozvojové státy, zejm. SSSR, to kritizovaly v OSN, neboť podle Úmluvy může licence přidělovat pouze Mezinárodní úřad pro mořské dno zároveň v r. 1984 požádaly SSSR, Japonsko, Francie a Indie PK MOD přidělení statusu tzv. průkopnického investora a přidělení claimu o rozloze 150 tis. km2 v oblasti Clarion-Clipperton, mimo hranice území, které PK MOD registrovala pro konsorcia, a Indie v Indickém oceánu

V r. 1986 rozhodla PK MOD z podnětu SSSR a na základě jeho projednání v orgánech OSN o možnosti zemí východní Evropy a rozvojových zemí samostatně nebo jako konsorcium požádat o přiznání statusu průkopnického investora s přidělením území na mořském dně Toto rozhodnutí OSN uspíšilo vytvoření mezinárodní organizace Interoceanmetal pro vyhledávání, průzkum a přípravu průmyslového využití PMK, založené mezivládní dohodou podepsanou dne 27.4.1987 vládami Bulharska, ČSSR, Kuby, NDR, Polska, SSSR a Vietnamu (vytvoření této organizace se v rámci RVHP připravovalo od r. 1983), se sídlem ve Štětíně v Polsku; ČSSR tuto dohodu ratifikovala v r. 1988, Vietnam vystoupil v r. 1989 a v r. 1991 SRN jako nástupce po NDR; nástupcem po SSSR se stala pouze Ruská federace; rozdělením ČSFR k 1.1. 1993 se staly členy Interoceanmetalu ČR a Slovensko.

1987 - PK MOD zaregistrovala jako 1 1987 - PK MOD zaregistrovala jako 1. průkopnického investora Indii a přidělila průzkumné území 150 tis. km2 v Indickém oceánu, poté území pro Japonsko, Francii a SSSR v oblasti Clarion-Clipperton v Tichém oceánu (hranice území požadovaných těmito státy byly dohodnuty na základě dohody v Arushi (Tanzánie), neboť se návrhy překrývaly o 52 300 km2)

Březen 1991 - Interoceanmetal jménem účastnických vlád požádal PK MOD o status průkopnického investora s přidělením území 150 tis. km2 v oblasti Clarion-Clipperton v Tichém oceáně Podmínkou registrace bylo vyloučení překrytí území požadovaného Čínou a Republikou Korea a všemi státy, jejichž firmy byly zastoupené v mezinárodních konsorciích (Belgie, Kanady, SRN, Itálie, Nizozemí, Velké Británie a USA) – dohoda mezi účastnickými státy IOM a těmito státy byla podepsána 20.8.1991 v New Yorku PK MOD rozhodla poté o registraci dne 22.8.1991

1992 PK MOD zaregistrovala Čínu jako průkopnického investora a přidělila jí území 150 000 km2 v oblasti Clarion-Clipperton 1994 – PK MOD zaregistrovala Jižní Koreu jako posledního průkopnického investora a přidělila jí území 150 000 km2 v oblasti Clarion-Clipperton V březnu 1993 konsorcium Kennecott předalo své území v Tichém oceáně konsorciu OMCO (USA), později transformované na společnost Lockheed Martin Systems Corp.

1994 – Dohoda o provádění části 11 Úmluvy o mořském právu, která mění a zpřesňuje Úmluvu v oblasti průzkumu a těžby surovin na mořském dně (ČR ji předběžně prováděla od 16.11.1994, ratifikovala v r. 1996) – vytvořen Mezinárodní úřad pro mořské dno (ISBA) 2001 – ISBA podepsala kontrakty o průzkumu na mořském dně s průkopnickými investory (nyní nazvaní tzv. kontraktoři) na 15 let, tj. do r. 2016 Interoceanmetal podepsal s ISBA kontrakt dne 29.3.2001 SRN podepsalo s ISBA kontrakt v r. 2006 na území v oblasti Clarion-Clipperton (území, které dříve zaregistrovala OMI); SRN též mělo od r. 1980 zaregistrováno území v Peruánské pánvi v Tichém oceáně (150 000 km2) mimo Úmluvu OSN – tohoto území se však zřeklo a předalo do rezervy ISBA

Metody hlubokomořského průzkumu nepřímé – geofyzikální a geochemické přímé – vzorkování, vrtání a vizuální metody Geofyzikální metody seismoakustické mapování - pneumatickými impulzy se vyvolá umělá seizmická vlna (air gun system) akustické profilování – pomocí sonaru se stanovuje vertikální profil oceánského dna, a to do hloubky několika cm

mapování sonarem širokého bočního rozsahu (side scan sonar survey) – těmito sonary jsou vybaveny pouze modernizovaná plavidla po r. 1995

Magnetometrické metody zkoumají změny magnetického zemského pole vlečenými magnetometry – provádí se průzkum struktury tektonické různorodosti oceánského dna

Výzkumné plavidlo s vybavením pro geologický průzkum

 1. komplex pro seismo-akustické mapování , 2. kontrolní systém dynamické pozice plavidla 3. multitrekvenční echosonda , 4. akustický transponder "pinger" (snímač hloubky) 5. gravitační trubka, 6. krabicová vzorkovnice (boxcorer) , 7. čelisťová vzorkovnice, 8. samovolně spadající vzorkovnice (grab) s vizuální signálizací 9. vlečená velkokapacitní vzorkovnice (dredge) 10. hydrosonda (CTD) 11. sonda pro odběr povrchových vod 12. "mooring system„ 13. sonar širokého bočního rozsahu a akustický protilograt, 14. TV - toto komplex (CDC) – TV, 15. autonomní hlubokomořská jednotka, 16.,17. transpondéry podmořské navigace na dálkově ovládaných kotvách, 18. trubková vzorkovnice (multicorer),

Moderní plavidla využívají: - komplexně geofyzikální metody, včetně počítačového zpracování dat získaných pomocí GPS v kombinaci s majáky (transponders), rozmístěnými na dně na kotvách dálkově ovládaných z paluby lodí - autopiloty a systémy dynamické kontroly pozice lodi (boční pohonné šrouby) k eliminace účinků větru a mořských proudů

Multifunkční echosonda „Multi-Beam“ – umožňuje v automatickém systému vytváření batymetrických map se sklony dna 1-3°, 4-6°, 6-10° a více pro výpočet zásob PMK (jedna z podmínek pro podání žádosti o registraci území PK MOD/ISBA) Geochemické metody - využívány pro měření „in situ“ na mořském dně a jsou aplikovány při studiu odebraných vzorků v palubních a stacionárních laboratořích

Speciální hydrosonda CTD (Conductivity-Temperature-Density)- snímá v různých hloubkách tepotu vody, salinitu (odvozenou od elektr. vodivosti), hustotu a úroveň rozpuštěného kyslíku ve vodě; vybavena akustickým majákem (pinger), který registruje vzdálenost aparátu ode dna Akustická sonda (Pinger) zavěšená nad přístroji pro hlubokomořský průzkum registruje jejich pozici v metrech nad dna.

IOM využíval hydrosondy Neil Brown Instrumental System nebo Sea-Bird Hydrosonda (CTD) "Neil-Brown" se používá pro vertikální odběry oceánské vody ve stanovených intervalech a monitoringu fyzikálních a chemických parametrů do hloubky 5 000 m.

Přímé metody Vzorkování: přístroje zavěšené na ocelovém laně: používají se vzorkovače PMK boxcorer (plocha odběru 0,25-0,50 m2 – schválené konstrukce PK MOD) – podobný drapáku IOM provedla pro sestavení žádosti o registrací území více než 1550 pozitivních geologických stanic pomocí boxcoreru na ploše 520 000 km2 a síti 25x25 km, 12,5x12,5 km a část 6,25x6,25 km

Krabicový kolektor 0,25 x O, 25 m (Boxcorer) pro dokumentaci PMK a nejsvrchnější části sedimentárního pokryvu s cílem geologicko-geo­technických testů.

Ze zkoumaného území IOM vybrala 2 plochy po 150 tis Ze zkoumaného území IOM vybrala 2 plochy po 150 tis. km2 a PK MOD rozhodla, že plocha A zůstane v rezervě OSN pro rozvojové státy a plocha B bude k dispozici IOM Multicorer – k odběru vrchního sedimentu dna, včetně konkrecí; složen z 8 válců o průměru 10-12 cm a délce 1 m s přítlačným zařízením pro odběry nejsvrchnější části sedimentu využívá se zejm. pro ekologické výzkumy IOM používala multicorer německé výroby - konstrukce Barnett

Kolektor (Multicorer) s válci (průměr 100 mm x 1 m) vybavený kamerou pro snímání dna před odběrem, určený pro odběr sedimentů za účelem biologických studií (především meiofauny).

"In situ" pozice konkrecí po odsátí vody (Boxcorer), odebraných z hloubky 4 200 m na recentním sedimentu oceánského dna.

Maxicorer – sada 3-4 válců o průměru 30-50 cm a délce 2 m pro odběry minimálně porušeného materiálu za účelem hodnocení fyzikálně-mechanických parametrů hornin; pro vývoj těžebních mechanismů IOM používala maxicorer německé konstrukce a výroby Dredging system (draga) – vlečení ocelového nože se síťovým zásobníkem na konkrece po dně s kapacitou odběru 800-1000 kg na 1 ponoření; používá se k nabrání velkého množství PMK pro technologické zkoušky ve spolupráci s SSSR bylo vytaženo více než 200 t PMK, z čehož 18 t bylo zkoumáno v ČR v Výzkumném ústavu kovů Panenské Břežany

10. Velkokapacitní odběr PMK pro metalurgické zkoušky dosahuje hmotnosti až 1000 kg (Dredge). 11. Čištění konkrecí získaných velkokapacítním vzorkováním v hloubkách 4 500 m pro následné zpracování (vážení, drcení, mletí a analytické zkoušky v palubních laboratořích).

Pistoncorer – těžká cca 3metrová ocelová trubka k odběru vzorků až do hloubky 12 m pro geologické výzkumy IOM odebrala pomocí této trubky několik set vzorků Vrtání využívá se pouze do hloubky 1740 m (např. používaly USA na lodi Glomar Challenger v 70. letech), území IOM se nachází více než 3 500 m pod hladinou, takže tyto metody nebyly používány

Další metody výzkumu mořského prostředí: Lapače sedimentálních částic (sediment traps) – jsou na zavěšených bójích v různých vertikálních úrovních nade dnem, používají se pro vyhodnocení obsahu těžkých kovů ve zvířených místech Průzračnoměry (transmissionmeters) – měří čistotu a další fyzikálně-chemické vlastnosti vody Proudoměry (Current meters) – měří parametry mořských proudů Disturber – komplexní aparát na zkoumání vlivu těžby PMK na mořské dno jeho rozrušením a následným monitoringem pohybu částic sedimentu (byl použit při programu Bentic Impact Experiment v letech 1994-97 – IOM, USA, Rusko a Japonsko; IOM použila americký přístroj vyvinutý firmou SOSI (Sound Ocean System Incorporation, USA, Redmont) – během experimentu bylo rozrušeno 30 km dna, tj. 1300 m3 sedimentu, za několik měsíců se zjišťovala míra znečištění vody

Detailní pohled na elektronické moduly komplexu pro imitování těžební aktivity (BIE - Benthic Impact Experiment) na mořském dně (Disturber). Disturber připraven ke spuštění na mořské dno. V horní části roseta s válci pro odběr rozrušeného sedimentu, kamera a světelný zdroj). 

14) Proudoměr (Current-meter) "Aandera" a přístroj na měření čistoty vody (Transmíssio-meter) užívaný při monitoringu fyzikálních parametrů hlubin­ných oceánských vod po testech BIE. 15) Zařízení (japonský model) na zachycování drobných částic rozvířeného sedimentu (Sediment trap) spouštěný jako součást dlouhodobě instalovanéstanice (Moorings) nad oceánským dnem po skončení testu BIE .

Americký model sediment trap. K bodovým odběrům PMK jsou využívány samovolně se vynořující se vzorkovnice (Grabs) opatřené dálkově ovládanou kotvou, kamerou, bójemi a vizuální či světelnou signalizací pro denní a noční operace.

Vizuální metody: Fotografické snímkování a telesnímkování kamerou v prvních expedicích IOM se používaly starší typy kamer se 2 zásobníky s více než 7000 negativů do hloubky až 6000 m nyní se používá kontinuální televizní záznam a fotografické snímkování dna vlečenými komplexy CDC (Continunous Deepsea Camera Survey) v síti profilů ve vzdálenosti 1,5 – 10 m nad povrchem dna; rozsah snímané plochy 3-25 m2, za účelem dokumentace plošného rozmístění PMK

Foot-TV komplex zajišťuje na profilech kontinuální registraci procentuálního pokrytí dna PMK

Různé morfologické typy PMK, seřazeny dle velikosti pro geologický popis, fotografování, vážení a následné laboratorní zpracování. Oceánské dno pokryté konkrecemi a jejich regenerovanými fragmenty a benthickou faunou v rajonu 10M v hlobce okolo 4 400 m (odhad pokrytí dna okolo 40%).

Nábrusy konkrecí ilustrující různé typy texturní stavby polymetalických konkrecí (foto archív ÚNS Kutná Hora).

Přístroje pro hlubokomořský geologický a ekologický průzkum připraveny na pracovní palubě výzkumného plavidla. Fragment konkrece diskovitého tvaru - nejčastější morfologický typ v území 10M (rozměry: 10 x 4 x 2,5 cm).

Stálá výstava výzkumu mořského dna jako zdroje surovin, Sýkořice 135, okr. Rakovník, www.sykorice-morskesuroviny.cz

Děkuji za pozornost.