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 III Fórum Açoriano Franklin D Roosevelt Horta, Faial, Abril 2012 Ciência e Recursos Naturais Debaixo do Mar Profundo por Fernando J.A.S. Barriga* LARSyS (Lab Associado) e CREMINER, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, [email protected] Introdução Em artigos recentes, em língua portuguesa, tivemos oportunidade de assinalar alguns resultados relevantes das geociências marinhas em termos de recursos minerais (Barriga & Santos, 2010; Barriga et al., 2012). Aí se informa que, para além de petróleo e gás natural, as explorações actualmente em curso, à escala mundial, restringem-­‐se a algumas plataformas continentais, onde se acumulam recursos resultantes da erosão das áreas emersas (diamantes, ouro, cassiterite, ilmenite). Em águas sob jurisdição portuguesa estes recursos são extraídos, mas exclusivamente como inertes para construção civil, sobretudo à volta de algumas ilhas açorianas. Desde finais do séc. XIX, como resultado da expedição Challenger, é sabido que existem acumulações de minerais com interesse económico em vastas áreas dos fundos marinhos, nomeadamente nódulos (e crostas) polimetálicos, também conhecidos por nódulos de manganês. Foi aliás para regular a exploração destes nódulos que foi inicialmente criada a Lei do Mar (UNCLOS, United Nations Convention on the Law of the Sea). No decurso das últimas décadas (desde há cerca de trinta anos), descobriram-­‐se outros recursos, com relevo para (i) sulfuretos maciços polimetálicos (sms); (ii) hidratos de metano (combustíveis fósseis de tipo novo); (iii) micróbios e suas biomoléculas da chamada biosfera profunda, residente no interior da crosta, até profundidades de cerca de 2000 metros abaixo do fundo, nos oceanos; e (iv) sedimentos marinhos ricos em terras raras (metais do grupo do lantânio, ou lantanídeos). Estes últimos são conhecidos desde há pouco mais de um ano, através de um artigo publicado na Nature Geoscience (Kato et al, 2011), no qual uma equipa japonesa demonstrou que em vastas áreas do Oceano Pacífico os sedimentos se apresentam enriquecidos em terras raras (e ítrio), até valores superiores a 1500 g/ton (ppm), e que é simples, por lixiviação com ácidos fracos, proceder à respectiva extracção. ___________________________________ *Este texto inclui contributos de Jorge M.R.S. Relvas (LARSyS e Creminer), Ricardo S. Santos (LARSys DOP IMAR e Universidade dos Açores) e António Pascoal (LARSyS e ISR, IST, Universidade Técnica de Lisboa Metais estratégicos e de alta tecnologia As reservas de terras raras nos continentes pertencem em grande parte à China, país que produz actualmente 95% das TR, à escala mundial. Estes elementos são usados nos televisores modernos (flat screen tvs) no telemóveis (smartphones) baterias para automóveis híbridos e eléctricos, turbinas eólicas, lâmpadas de iluminação de baixo consumo, electrónica, catalisadores de veículos a gasolina, aplicações médicas, e outras. As baterias dos automóveis híbridos contêm actualmente mais de 25 kg de TR, mas as dos automóveis eléctricos do futuro poderão conter muito menos, devido a opções técnicas diferentes. De 2010 a 2012, notícias de que a China planeava restringir as exportações de TR produziram enorme agitação política, financeira e finalmente económica, com novos produtores a anunciarem planos para produções significativas a curto prazo (nos EUA e na Austrália). As notícias acerca das TR dos fundos marinhos contribuíram também, e os preços baixaram significativamente. Mas a médio prazo a procura vai manter-­‐se, pois as aplicações são muitas, e a população do planeta continua a crescer (mais dois mil milhões de pessoas nos próximos 50 anos). Outro elemento crítico para as baterias dos automóveis eléctricos é o cobalto, cuja produção é inferior à de TR, mas cada bateria para automóveis elétricos irá conter 9,4 kg de Co (USDOE, 2010). Estes números significam que, mesmo duplicando a produção actual de TR e cobalto, serão necessários mais de 150 anos para substituir o actual parque de veículos com motores de combustão (800 milhões de veículos). Os analistas preveem que o preço do cobalto volte para os níveis elevadíssimos de 2008. O Relatório do USDOE (US Department of Energy) de 2010 é particularmente interessante, pois mostra as deficiências e vulnerabilidades no fornecimento de 14 metais estratégicos e de alta tecnologia1, particularmente para produção de energia “verde”. Estratégias para o abastecimento em matérias primas minerais Os elementos apontados na secção anterior permitem compreender porque razão os recursos da crosta oceânica profunda em breve serão incontornáveis. A era da mineração submarina está prestes a começar. Também a União Europeia manifesta agora, e bem, grandes preocupações com o panorama do fornecimento de matérias primas minerais. De facto, a União Europeia é um grande consumidor destes recursos, mas apenas produz cerca de 5% dos mesmos. Existe uma iniciativa dedicada às matérias primas minerais no quadro da European Research Area (ERAMIN) e quer o FP7 quer o Horizon 2020 demonstram tais preocupações através de vários concursos para temas do fornecimento de matérias primas minerais, o que não acontecia há cerca de 15 anos. A União pretende trazer para primeiro plano a questão da oferta de matérias primas minerais. Uma das principais frentes é a da mineração nos fundos oceânicos. 1 Lítio, Cobalto, Gálio, Ítrio, Índio, Telúrio, Lantânio, Cério, Praseodímio, Neodímio, Samário, Európio, Térbio e Disprósio. Os últimos oito pertencem ao grupo das Terras Raras. Todos os recursos da crosta oceânica profunda mencionados acima existem em quantidades colossais, susceptíveis de virem a constituir largas fatias da produção e consumo mundiais. Foram descobertos à medida que avançou o conhecimento acerca da geologia dos fundos. É um registo deveras impressionante, de que poucas áreas científicas se podem gabar. Para mais, apenas conhecemos razoavelmente bem cerca de 5% dos fundos marinhos. Que descobertas adicionais nos aguardam ainda? Extracção/mineração submarina Alguns dos recursos mencionados no parágrafo anterior estão tecnicamente prontos para se iniciar a respectiva extracção, e existem consórcios e/ou empresas ultimando os preparativos para tal. É o caso dos nódulos polimetálicos e dos jazigos de sulfuretos maciços. Outros (crostas polimetálicas, hidratos de metano) aguardam soluções económica e ambientalmente vantajosas para que se possa iniciar a sua produção. Os preços da maioria das matérias primas minerais subiram muitíssimo, e não se prevê que baixem significativamente, num futuro próximo. O panorama internacional de fornecimento de matérias primas minerais e as perspectivas futuras têm favorecido o investimento nestas áreas, pelo que é previsível que as reservas de matérias primas continuem a aumentar (através de campanhas de prospecção mineral no fundo do mar) e que se desenvolvam técnicas de extracção e tratamento das matérias primas e combustíveis dos fundos marinhos. Do ponto de vista económico, a extracção de recursos naturais da crosta oceânica profunda apresenta várias especificidades, muito diversas. A situação mais simples é a do aproveitamento de biomoléculas de microrganismos extremófilos (Bacteria e Archea). Basta colher quantidades insignificantes de sedimentos e rochas (a partir de amostradores de volume muito pequeno, tais como corers, dragas e grabs, e de sondagens). Os microrganismos são posteriormente cultivados in vitro. A mineração propriamente dita deverá iniciar-­‐se em jazigos de sulfuretos maciços, no sudoeste do oceano Pacífico2, seguida de perto pela extracção de nódulos polimetálicos no Pacífico equatorial (entre as Zonas de Fractura de Clarion-­‐Clipperton). Crostas polimetálicas e hidratos de metano terão que aguardar ainda algum tempo, porque, conforme já se disse, há ainda problemas tecnológicos a resolver. A estrutura dos custos será muito diferente da da mineração em terra. Não existirão custos de aquisição de terrenos, nem de construção de infraestruturas fixas, nem vias de comunicação. A razão rocha removida – minério (stripping ratio) será muito menor. Para jazigos de sulfuretos maciços, utilizar-­‐se-­‐á um navio dedicado, a partir do qual opera equipamento de fundo. Terminada a operação num determinado jazigo, o navio, com os seus equipamentos, desloca-­‐se para nova exploração, nada deixando para trás. 2 O início da exploração do jazigo de Solwara 1, em águas da Papuásia, esteve previsto para 2013, mas foi adiado, por razões financeiras (Nautilus Minerals, http://www.nautilusminerals.com) A mineração submarina levanta preocupações acerca de potenciais impactes ambientais nos ecossistemas marinhos. Será necessário incorporar os necessários procedimentos de protecção ambiental. Há razões para crer que tal não deixará de acontecer, pois as principais empresas de mineração submarina têm mostrado grandes preocupações ambientais, e desejo de operarem sem oposição justificada. Outra razão para optimismo é o progresso extraordinário que a indústria mineira alcançou, nas explorações em terra. Como exemplos próximos, citem-­‐se as minas de Neves-­‐Corvo (Castro Verde) e Las Cruces (Sevilha), que operam com impactes ambientais baixíssimos, esta última a céu aberto, a menos de 10 km da cidade de Sevilha. A comunidade científica tem um papel importante a desempenhar, encarregando-­‐se de monitorização independente dos ecossistemas, e propondo procedimentos e testes. Recursos naturais da crosta oceânica sob jurisdição portuguesa (ZEE e Plataforma Continental Alargada) É sabido que Portugal, graças aos esforços da Estrutura de Missão para o Alargamento da Plataforma Continental (EMEPC) e das instituições que com ela colaboram, detém, ou deterá em breve, jurisdição sobre quase 4 milhões de km2 de fundos marinhos, mais de 42 vezes a área do território nacional emerso (Abreu et al., 2012; Figura 1). Uma das maiores expectativas é a das muito faladas riquezas dos fundos marinhos, mas em rigor não existem ainda reservas definidas em lado algum nos fundos marinhos sob jurisdição económica de Portugal3. É importante proceder à inventariação de tais recursos. Nesta fase precoce pouco se pode ainda dizer, mas alguns elementos merecem ser mencionados. Não se conhecem ocorrências com interesse económico de nódulos polimetálicos mas, pelo contrário, existem crostas polimetálicas com composições e extensão que poderão vir a justificar explorações com importância. Muiños et al. (2013) estudaram 17 amostras de crostas polimetálicas colhidas em montes submarinos próximo da Madeira, Canárias e Açores, consideradas representativas das regiões amostradas. Estes autores encontraram teores comparáveis aos de crostas do Pacífico Central, tidas como muito interessantes para extracção a breve trecho, incluindo cobalto + cobre + níquel até 0,96%. Os teores em terras raras atingem valores muito elevados, até 0,29% (TR totais). Muiños et al concluem que as crostas do Atlântico Leste são semelhantes às do Oceano Índico, e comparáveis com as de certas partes do Pacífico Central, e podem representar um recurso metálico importante para o futuro. Impõem-­‐se agora estudos de caracterização detalhada destes recursos. No Golfo de Cádiz, e na margem continental portuguesa a sul do Algarve, têm sido postos em evidência não só hidratos de metano, em quantidades 3 A designação de “recursos naturais” inclui muitas ocorrências promissoras, que só se transformam em “reservas” após trabalhos razoavelmente rigorosos de caracterização, quanto a quantidades, teores, factores que condicionem a extracção e transformação, custos de processamento, e de protecção ambiental, e outros ainda. indeterminadas, mas também, e sobretudo, sinais inequívocos da passagem de hidrocarbonetos com origens e evoluções diversas4 através das formações geológicas (vulcões de lama, carbonatos metanogénicos, ver Pinheiro et al, 2003; Magalhães et al, 2012). Os estudos realizados até agora mostram também a influência destas formações em questões ambientais e riscos naturais (escape de gases de estufa para a atmosfera, deslizamentos submarinos, tsunamis). Impõe-­‐
se um programa de investigação dedicado à inventariação dos hidratos de metano na margem portuguesa. Um dos recursos mais conhecidos, devido em parte às imagens dos campos hidrotermais submarinos, com activas chaminés produzindo “fumo”, como se de uma fábrica se tratasse, são os jazigos designados por sms (seafloor massive sulphide deposits), conhecidos na ZEE e Plataforma Continental portuguesas desde 1992. Ocorrem numa região do mar dos Açores conhecida por MOMAR5 situada ao longo da Crista Média Atlântica, numa extensão de cerca de 500 km. Os principais campos hidrotermais são, de NE para SW, Menez Gwen, Lucky Strike, Saldanha e Rainbow, mas apenas dois parecem ter associadas acumulações de sulfuretos significativas (Lucky Strike e Rainbow). Lucky Strike apresenta um fluxo calórico muito elevado (3800±1200 MW), o maior que se encontra nas compilações globais. No entanto, não existem elementos fiáveis quanto a reservas e teores. Um dos poucos jazigos sms devidamente pesquisados é Solwara I, na Papuásia, para o qual as reservas atingem cerca de 200000 t de cobre metal. Admite-­‐se que este possa ser um valor médio para jazigos associados a rochas basálticas, que poderá ser mais elevado nas mineralizações encaixadas em rochas ultramáficas. A região MOMAR é considerada muito favorável para prospecção, esperando-­‐se para breve a conclusão dos primeiros processos de concessões de prospecção e pesquisa na região. Um acontecimento com implicações muito importantes foi a recente descoberta do campo hidrotermal Moytirra (2011), por uma equipa irlandesa e inglesa6. Este novo campo localiza-­‐se a norte dos Açores e carece de estudos adicionais, mas a sua descoberta vem reforçar as opiniões de que muito há ainda para descobrir ao longo da Crista Média Atlântica. Outra questão essencial é a dos jazigos formados, ou preservados, sob uma cobertura de sedimentos, ou de rochas vulcânicas. As campanhas que permitiram descobrir os jazigos actualmente conhecidos na realidade não foram optimizadas para descobrir jazigos minerais, mas sim para campos hidrotermais 4 Ainda que predominantemente termogénicos. Hidrocarbonetos termogénicos são aqueles a que se atribui uma origem a partir de querogénio, que por sua vez se forma em condições de pressão e temperatura elevadas, em profundidade, idênticas às que geram o petróleo. 5 MOMAR significa “Monitoring the Mid-­‐Atlantic Ridge”, nome de um projecto internacional iniciado pelo consórcio InterRidge. 6 http://www.marine.ie/home/aboutus/newsroom/PressReleaseArchive/2011/
MajorDiscoveryonthemidAtlanticRidge.htm activos. Ora a maioria dos especialistas nestes jazigos (nomeadamente os exemplos formados em mares que existiam há dezenas ou centenas de milhões de anos, posteriormente expostos em terra) defende que os jazigos com mais interesse económico se formam abaixo do fundo do mar, protegidos de grande dispersão de metais, e da acção corrosiva da água do mar. O professor L. Cathes (2011), da Universidade de Cornell, analisou exaustivamente os elementos de balanço energético e de fluxos de fluidos e metais da crosta oceânica, tendo concluído que “usando eficiências de precipitação de metais dentro do razoável, conclui-­‐se que o fundo do oceano é uma província metalogenética gigante, com recursos metálicos >600 vezes superiores aos conhecidos em terra e um recurso em cobre que seria suficiente para >6000 anos de produção à taxa actual” (Cathles, 2011). Estes números são apenas estimativas, e não resultados de prospecção mineral rigorosa, mas servem para definir a dimensão do recurso. Admitindo-­‐se que, à escala dos milhões de km2, possa haver uma certa homogeneidade na distribuição dos recursos, poderão existir na ZEE e PC portuguesas mais de cinco mil milhões de toneladas de metais básicos (e preciosos) sob a forma de sulfuretos. A maior parte das jazidas que contêm estes metais encontram-­‐se cobertas por centenas de metros de sedimentos, completamente inacessíveis. Pelo contrário, uma parte significativa, incluindo jazigos maiores e mais ricos que os actualmente conhecidos, poderá existir sob coberturas sedimentares modestas, ultrapassáveis a curto ou médio prazo. Utilizando os mesmos critérios, chega-­‐se à conclusão que a base de recursos, para espessuras de sedimentos até 10-­‐15 metros, poderá ser de 245 milhões de toneladas de metais, enquanto que para jazigos aflorantes, expostos directamente no fundo do mar, a base de recursos que é possível calcular não atinge 4 milhões de toneladas. Os números apontados no parágrafo anterior sofrerão certamente muitas correcções, mas a discrepância muito grande (por um factor de 65) entre jazigos expostos e jazigos sob alguns metros de cobertura suporta, de forma independente, aquilo que a investigação conduzida em Portugal, com base no conhecimento geológico e geoquímico dos jazigos da Faixa Piritosa Ibérica (veja-­‐se Carvalho et al., 1999), e de jazidas nos oceanos actuais (incluindo Lucky Strike e Rainbow) vem afirmando desde há muito: os grandes jazigos sms deverão estar ocultos sob rochas de cobertura. É imprescindível testar estas afirmações. Bibliografia Abreu, M. P., Coelho, P. N., Lourenco, N., Campos, A. S., Conceição, P., Costa, R., Dias, F. C., Calado, A., Martins, M. A., Neves, M., e Restante Equipa EMEPC, 2012, Extensão da Plataforma Continental, Um Projeto de Portugal -­‐ Seis anos de missão (2004-­‐2010), Lisboa, Estrutura de Missão para o Alargamento da Plataforma Continental -­‐ EMEPC, 227 p. Barriga, F.J.A.S., Santos, R.S., 2010, Recursos minerais marinhos, metálicos, não metálicos e energéticos: potencial e impactos ambientais, in Vieira Matias, N., Soromenho Marques, V., Falcato, J., and Leitão, A.G., eds., Políticas Públicas do Mar: Lisboa, Esfera do Caos, p. 86-­‐95 Barriga, F.J.A.S., Relvas, J.M.R.S., Santos, R.S., and Pascoal, A., 2012, Ciência e recursos minerais na última fronteira, Encontro Mar Português, Conhecimento, Valorização e Desenvolvimento, Universidade do Algarve, p. 121-­‐132. Carvalho, D., Barriga, F. J. A. S., and Munhá, J., 1999, Bimodal Siliciclastic Systems -­‐ The Case of the Iberian Pyrite Belt, in Barrie, T., and Hannington, M., eds., Volcanic-­‐Associated Massive Sulfide Deposits: Processes and Examples in Modern and Ancient Settings, Reviews in Economic Geology, Volume 8, p. 375-­‐
408 Cathles, L., 2011, What processes at mid-­‐ocean ridges tell us about volcanogenic massive sulfide deposits: Mineralium Deposita, v. 46, no. 5, p. 639-­‐657. Kato, Y., Fujinaga, K., Nakamura, K., Takaya, Y., Kitamura, K., Ohta, J., Toda, R., Nakashima, T., and Iwamori, H., 2011, Deep-­‐sea mud in the Pacific Ocean as a potential resource for rare-­‐earth elements: Nature Geoscience, v. 4, no. 8, p. 535-­‐539. Magalhães, V. H., Pinheiro, L. M., Ivanov, M. K., Kozlova, E., Blinova, V., Kolganova, J., Vasconcelos, C., McKenzie, J. A., Bernasconi, S. M., Kopf, A. J., Diaz-­‐del-­‐Rio, V., Gonzalez, F. J., and Somoza, L., 2012, Formation processes of methane-­‐derived authigenic carbonates from the Gulf of Cadiz: Sedimentary Geology, v. 243, p. 155-­‐168. Muiños, S. B., Hein, J. R., Frank, M., Monteiro, J. H., Gaspar, L., Conrad, T., Pereira, H. G., and Abrantes, F., 2013, Deep-­‐sea Fe-­‐Mn Crusts from the Northeast Atlantic Ocean: Composition and Resource Considerations: Marine Georesources & Geotechnology, v. 31, no. 1, p. 40-­‐70. Pinheiro, L. M., Ivanov, M. K., Sautkin, A., Akhmanov, G., Magalhaes, V. H., Volkonskaya, A., Monteiro, J. H., Somoza, L., Gardner, J., Hamouni, N., and Cunha, M. R., 2003, Mud volcanism in the Gulf of Cadiz: results from the TTR-­‐
10 cruise: Marine Geology, v. 195, no. 1-­‐4, p. 131-­‐151. US Department of Energy, 2010. Critical Materials Strategy, 165p Legenda da Figura 1 Mapa da ZEE e Plataforma Continental Alargada de Portugal, e ocorrências de recursos minerais conhecidas nesta fase precoce da prospecção mineral. EMEPC (2012). Usado com autorização, que se agradece. Quadrados amarelos: nódulos polimetálicos; losangos verdes: sulfuretos polimetálicos (cobre, zinco, ouro, prata); Círculos vermelhos: crostas ferro-­‐
manganesíferas: cobalto e níquel; Hexágonos lilás: vulcões de lama, hidratos de metano; linha tracejada: Crista Média Atlântica; Linha verde: limite exterior da plataforma continental portuguesa; linha negra: limite da Zona Económica Exclusiva portuguesa