深海结核开采对海底环境的影响程度，取决于采矿羽流的扩散范围与再沉降速度。2025年发表于《Nature Communications》的一项研究中，以Gazis为首的国际团队对深海结核采集车海试开展了独立科学监测，在距采矿区不同距离布放多传感器平台，其中挂接于温盐深系统的Seapoint浊度计持续记录了羽流浓度的时间序列，结合水下航行器与载人影像，完整量化了羽流的扩散、絮凝与再沉积过程。
研究背景
自1872至1876年英国挑战者号航次首次打捞出深海结核以来，多金属结核开采一直是人类觊觎却难以评估风险的产业。采集车沿海底行驶碾压沉积物，产生的底栖羽流会覆盖周边生物群落；评估环境影响的关键，在于知道羽流能被搬多远、悬多久、沉多厚。2021年在太平洋克拉里昂-克利珀顿区开展的采集车海试，为定量回答这些问题提供了难得机会，国际科学团队据此布置了独立于开发商的监测系统。
研究过程
2021年4月19日，履带式采集车被下放至4500米深的海底，遥控运行41.33小时，行驶21.37公里，沿171条采矿道采集结核，每条采矿道长50米、宽4米，总采掘面积0.034平方公里；被翻动的结核约660吨，经“灯泡式”转弯机动堆放在各条采矿道末端，三条采掘带分别包含55条、31条和85条采矿道。监测系统围绕采矿区展开：23个静态海底平台布放在距采矿区50米至1800米的不同距离上，平台上的光学后向散射传感器持续记录悬浮颗粒浓度，且均以采矿区表层沉积物配制的参照悬浊液完成标定；其中挂接在温盐深系统上的Seapoint浊度计工作波长880纳米，量程0至25 NTU，在100倍增益下灵敏度达每FTU 200毫伏，线性度±2%，为各平台提供了统一的浊度基准。所有传感器在试验开始前就记录了环境背景浓度与背景声学反散射强度。
图1. 美国Seapoint公司STM浊度仪
图2. 采矿区三条采矿道与海底地形（论文 Figure 1）
两台遥控潜水器负责布放与回收平台并目视观测羽流；自主水下航行器则获取了多波束、侧扫与海底影像，并在距采矿区最远5公里、离底5米、10米、30米与50米的高度上测量悬浮颗粒浓度，所有传感器在试验前即开始记录，确保拿到环境背景值。
图3. 4500米深海底采矿痕迹的正射影像（论文 Figure 2）
实验结果
羽流浓度随距离与高度快速衰减。 采矿道50米外记录到的最大悬浮颗粒浓度比环境背景值高出最多4个数量级，但浓度随时间、距离和高度的增加迅速回落，幂律拟合显示其衰减规律明确。羽流主体贴近海底，在1米监测高度浓度最高，至50米高度已接近背景水平；潜水器影像也显示羽流边缘清晰、与周围海水界限分明，垂向混合有限。波纹的形成与再悬浮实验给出的临界切应力相互印证：波纹在切应力约0.04牛每平方米时开始形成，而再悬浮新沉降的羽流沉积物需要约0.1牛每平方米。
图4. 1米高度羽流最大浓度的时空分布（论文 Figure 3）
重力流与底流接力搬运。 采集车后方形成的重力流沿较陡的海底段落向下坡方向运移了500米，离底1.2米高度的水体追踪显示其在重力流经过期间向东位移了380米，并在东北至东方向的海底留下沉积波纹；而在监测区范围内直至4.5公里处，沉积物扩散的主导因素是当时的底层流场。自主水下航行器在采矿试验期间及结束后进行了约54小时的伴随巡测，完整记录了羽流的空间范围。
絮凝与再沉积迅速发生。 颗粒在悬浮中快速絮凝：海底表层沉积物的中值粒径仅0.012毫米，而羽流中值粒径在第二、三次羽流事件中升至0.147毫米，说明细颗粒大量聚集成团。实验室对研究海区类似团聚颗粒的沉降实验给出约每天100米的沉降速率，据此估算2至3米高羽流中颗粒的滞留时间仅30至45分钟，八成以上颗粒在此期间沉降。毫米级摄影测量重建显示，采矿道旁再沉积的沉积物厚度约3厘米，采矿道本身的最小侵蚀深度约5厘米；再沉积范围可依据水下航行器影像逐区绘制成图。
图5. 最大浓度随距离与高度的幂律衰减（论文 Figure 6）
图6. 采矿区内的沉积物再沉积（论文 Figure 9）
研究结论
该研究表明，尽管采集车羽流的初始浓度极高，其贴底分布与快速再沉积把影响限制在相对有限的范围内，但准确的浓度时间序列是得出这一结论的前提。Seapoint浊度计在这项监测中承担了多平台浊度基准的角色：880纳米工作波长与可选增益设计保证了在深渊低浊背景下的分辨率，而其小体积可直接集成到温盐深系统上，与锚泊平台长期共存，试验前后的参照悬浊液标定也让各平台数据可以相互比对合并。对于深海环境基线调查与采矿影响评估而言，把Seapoint浊度计纳入标准监测载荷，是获取合规、可比、长序列浊度数据的务实方案。
参考文献
Gazis I-Z, de Stigter H, Mohrmann V, et al. Monitoring benthic plumes, sediment redeposition and seafloor imprints caused by deep-sea polymetallic nodule mining. Nature Communications, 2025, 16: 1229. https://doi.org/10.1038/s41467-025-56311-0
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