Deniz Tabanı Madenciliği

DENİZ TABANI MADENCİLİĞİ

Ahmet AYDOĞMUŞ[1]

Genel ifade ile maden, yer kabuğunun yapısında bulunan ve insanın yararlandığı ekonomik değeri olan mineral maddelerdir. Bunlar katı olabildiği gibi sıvı veya gaz halde de olabilir. Madenler, metalik madenler, endüstriyel hammaddeler ve enerji hammaddeleri olarak da sınıflandırılır.

Taş, doğal haliyle veya şekillendirilerek Eski Taş çağında kullanılmıştır. Toprak, Yeni Taş çağında çanak çömlek yapımı yanında meskenler için kerpiç üretiminde yararlanılan hammadde olmuştur. Obsidyen ve çakmaktaşı bölgelerarası ticarette önemli maddelerdir. Doğal halde bulunan bakır külçeler işlenerek süs eşyası yapımında kullanılmış, daha sonra bakır üretimi odun kömürü enerjisiyle cevherden ergitme yoluyla gerçekleştirilmiştir. Bakıra kalay karıştırılarak üretilen bronz-tunç alaşımı bir çağın adı oldu. Demir ve demirin nitelikli alaşımları, adını verdiği çağdan günümüze kadar önemini hiç yitirmemiştir. Bin yılların ışıltısı altın, kişiler ve devletler için hem statü hem de güvence sembolü olmaya devam etmektedir.

Odun kömürü ve taş kömürü metal üretiminin ve sanayileşmenin itici gücü olmuştur. Ham petrol çok öncelerden bilinmesine rağmen benzinli ve dizel motorların icadıyla ulaşımın enerji kaynağı olmuş, günümüzde ulaşımın vazgeçilemez enerji kaynağı olma özelliğini devam ettirmektedir. Doğal gaz ve son zamanlarda adından çok söz edilen kaya gazı ise daha yeni kaynaklardır. Yerkabuğu yapısında bulunan uranyum farklı alanlarda kullanılan madenlerdendir.

Maden elde etmek için kıtasal kabuk ve okyanusal kabuk delinmekte ve kazılmaktadır. Yer kabuğu yanında meteorlar ve gök cisimleri, özellikle Mars gezegeni, maden olasılığı nedeniyle dikkatleri üzerine toplamaktadır.

Deniz tabanı ise maden aramalarında yeni araştırma alanı olmuştur. Deniz yüzeyinin 1400-3700 metre altında yer alan çoklu metalik yumrular, metalik kabuklar ve hidrotermal bacaların çevresi araştırma sahalarıdır. Bacalar etrafında altın, bakır, gümüş, manganez, kobalt, çinko gibi madenler çökelme ile oluşmuş maden yataklarıdır.

Deniz Tabanı Madenleri

Deniz tabanları, kara topografyası gibi çeşitlilik göstermektedir. Düzlükler, kanyonlar, tepeler, volkanlar, vadiler, yamaçlar deniz tabanında da görülmektedir. Sıcak ve soğuk kaynaklar, depremler, heyelanlar, akıntıların oluşturduğu zengin görünüme sahiptir.

Deniz tabanındaki maden oluşumları, magmadan çıkma veya karalardan taşınma yoluyla gerçekleşmektedir. Magma kökenli olanlar metal içeren yumrular, deniz tabanına yayılmış sert kabuk ve sülfit depoları şeklindedir.

1950’ler sonunda aslında balık sürülerinin yerini belirlemek için geliştirilen yandan taramalı sonar günümüzde deniz dibi araştırmalarında da kullanılmaktadır. 5000 metre su derinliğine kadar ve genişliği 30 kilometreyi bulan tarama alanındaki deniz tabanının ayrıntılı topografik özellikleri belirlenmekte ve batimetrik haritalar yapılmaktadır. Muhtemel ticari mineralleri belirlemek için çakıl depoları teşhis edilebilmektedir (1).

Deniz tabanlarındaki suyun düşük sıcaklık değeri ve yüksek hidrolik basınç, maden oluşum koşullarına olanak sağlamaktadır. Son zamanlarda madencilik etkinlikleri arasına deniz tabanı madenciliği de katılmış bulunmaktadır. Deniz tabanlarındaki maden oluşumlarını keşfetmek için yandan taramalı sonar yanında, özel araçlarla çekilen derin deniz fotoğrafları, uzaktan kumandalı araçlar ve otonom sualtı araçlarından da yararlanılmaktadır.

Deniz Tabanı Madenciliğinin Tarihçesi

Deniz tabanı madenlerinin varlığı 1868’lerden beri bilinmektedir. Rusya kuzeyinde ve Atlantik dibinde maden külçelerine rastlanmış (5); ancak o yılların teknolojisi bunları çıkarmak için yeterli olmamıştır.

1960’larda deniz tabanı madenleri J.L.Mero’nun Denizin Mineral Kaynakları adlı eseriyle yeniden gündeme gelmiştir. Fransa, Almanya ve A.B.D. keşif seferleri düzenlemişlerse de düşük metal fiyatları ve teknolojik engeller nedeniyle 1980’lerin başına kadar deniz tabanı madenciliği önemini kaybetti (2).

1972’de Hjalmar Thiel adlı çevre bilimci Pasfik Okyanusu Clarion-Clipperton havzasını inceler. Su düzeyinden 4000 metre altında zengin maden yatakları keşfedilir. Yaklaşık patates büyüklüğünde polimetalik yumrular belirlenir (11).

Deniz Tabanı Madenlerinin Kökeni

Deniz tabanı madenleri iki yolla oluşmaktadır. Biri okyanusal kabuktan çıkan magmadan köken alırken diğeri de karalardan akarsularla taşınarak. Okyanusal kabuk kökenli olanlar mangan yumruları, metalce zengin kabuklar ve masif sülfitler şeklindedir.

Mangan yumruları, manganezden başka demir, nikel, bakır, titanyum ve kobalt içerirler. Deniz tabanı manganez rezervinin karadakilerden daha fazla olduğu tahmin edilmektedir. Deniz suyunda çözünmüş halde bulunan metal bileşikleri deniz tabanında bulunan balık iskeleti gibi küçük nesneler üzerinde çökelir. Çökelme milyon yıllar içerisinde milimetreler boyutunda gerçekleşebilmektedir. İkinci bir oluşum şekli de tortular içinde diyajenetik büyümedir (12).

Polimetalik yumrular, nikel bakır, kobalt ve manganez içerir (2).

Resim 1. Mangan Yumruları ve Bir Yumrunun Kesiti (WOR3_en_chapter_2.pdf)

Kobalt kabukları, deniz altı volkanlarının kenarında oluşan sert metalik kabuklardır. Suya karışan metal bileşiklerin çökelmesiyle milyonlarca yılda oluşurlar. Kabuk, bazı deniz altı dağlarında 2 cm. kalınlıkta iken bazılarında 25 cm.ye ulaşabilir. Demir ve manganez de içerdiği için “kobaltça zengin ferromangan kabukları” olarak da adlandırılır (12). Kabuklar ağırlıklı olarak kobalt, biraz vanadyum, molibden, platin gibi değerli metaller de barındırmaktadır (2).

Resim 2. Kobalt Kabuk (WOR3_en_chapter_2.pdf)

Masif sülfitler, okyanus tabanlarındaki siyah hidrotermal bacalar etrafında oluşurlar. Levha sınırlarında ve denizaltı volkanları çevresinde derine sızan okyanus suyu ısınır, mineralleri ve sülfitleri çözerek içine alır. Bacadan çıktığında soğuk deniz suyuyla karşılaşan sülfit parçacıkları baca çevresinde çökelir (12). Sülfit yataklarında bakır, kurşun, çinko, altın ve gümüş gibi metaller bulunmaktadır (2).

Deniz tabanı maden oluşumlarının ikinci kökeni karasaldır. Erozyon sonucu karalardan çözünen metalik mineraller ve kıymetli taşlar denizlere taşınır. Kıta sahanlıklarında tortulanarak öbekler oluşturur. Tayland ve Endonezya kıyılarında kalay minerali kasiterit deniz tabanından kazınarak çıkarılmaktadır. Alaska, Yeni Zelanda ve Filipinler açıklarında deniz altı kumlarından altın üretilmektedir. Afrika’da Namibya ve Güney Afrika Cumhuriyeti açıklarında Orange ırmağının denize taşıdığı erozyon malzemesi içinden elmas çıkarılmaktadır. Alçak enlem okyanusları kıta sahanlıklarında ise fosforit yatakları oluşmuştur (14).

Resim 3. Masif Sülfit Oluşumu (WOR3_en_chapter_2.pdf )

Uluslararası Denizyatağı Otoritesi-International Seabed Authority

Deniz tabanı maden oluşumları konusunda düzenlemeler yapmak için Birleşmiş Milletler çatısı altında oluşturulan organizasyondur.1994 yılında kurulan ISA’nın merkezi Kingston, Jamaika’dadır. Ülkelerin 200 deniz millik münhasır ekonomik bölgesi dışında kalan alanlardaki madencilik etkinliklerini düzenlemek için kurulmuştur. Mayıs 2020 tarihi itibariyle 167 üye ülke ve Avrupa Birliği bu çatı altında bir araya gelmiştir. Türkiye bu organizasyona üye değildir. Üç yanı denizlerle çevrili bir ülke olarak Türkiye, deniz tabanında hakları olduğunu da gözönüne alarak bu üyeliği önemsemelidir. Papua Yeni Gine derin deniz madenciliği konusunda arama izni alan ilk ülke olmuştur. Birçok ülke deniz tabanı madenciliği konusunda bu organizasyonla antlaşmalar yapmıştır (2).

Deniz Tabanı Hidrotermal Bacaları

Deniz tabanındaki hidrotermal bacalar, black smokers ve white smokers (siyah ve beyaz bacalar) olarak adlandırılırlar.

Yerkabuğunun uzaklaşan ve yaklaşan levhaları boyunca okyanus kabuğundan derine sızan su, magma tarafından 400 °C’a kadar ısıtılır. Isınan ve basıncı artan su, mineralleri çözerek bünyesine alır. Okyanus tabanından fışkırırken soğuk sularla karşılaşınca içerisindeki mineraller çökelir (10). Hidrotermal bacalardan çıkan suyun bileşimi, sıcaklığı ve rengi farklılık göstermektedir.

Siyah bacalar, yüksek sıcaklıkta su fışkırtan bacalardır. İçerisindeki mineraller çıkış ağzında birikerek metalce zengin baca benzeri yapılar oluştururlar. Bacaların yüksekliği 40 metreyi bulabilir. Grönland-İskandinavya arasındaki Norveç Denizi’nde siyah bacalardan beşli bir grup Loki’s Castle – Loki’nin Kalesi olarak adlandırılmıştır. Dünyanın en derin siyah bacası okyanus yüzeyinin 5 bin metre altında Cayman Çukurundadır (14). Bakırca zengin siyah bacaların püskürtüsü 1000 metreye ulaşabilmektedir. Cayman Adaları çevresindeki bacalardan biri Von Damm diğeri Beebe adıyla bilinir (8). Büyük Okyanus’ta Oregon eyaleti açıklarındaki Godzilla adlı siyah baca yıkılmadan önce 40 metre yüksekliğe ulaşmıştı (13).

Bacalardan çıkan suyun kısmen ılıklaştığı bölgede zengin canlı hayatı gözlenir. Bu alanlar denizaltı vahaları olarak düşünülebilir.

Beyaz bacalar daha düşük sıcaklıkta su püskürtürler. Eriterek içlerine aldıkları mineraller baryum, kalsiyum, silikon, karbon dioksit gibi mineraller olduğu için daha küçük bacalar oluşur (13).

Resim 4. Siyah Bacalar ve Beyaz Bacalar (WOR3_en_chapter_2.pdf )

Deniz Tabanı Madenciliğinde Üretim Teknolojileri

Madencilikte bu yeni alan yeni çıkarım yöntemleri de gerektirmektedir. Mineral örneklerini toplamak için uzaktan kumandalı araçlar geliştirilmiştir. Bu araçlar kesici ve delici aletleriyle analiz edilecek örnekler toplamaktadır.

Belirlenen alandan maden çıkarmak için uygulanan bu yöntem, deniz tabanında sürekli dolaşarak tabandan topladığı maden cevherini yüzeydeki gemilere ulaştıran kova sistemleridir. İkinci yöntemde yüksek emiş gücüne sahip araçlar kullanılır. Her iki yöntem, gemi veya üretim platformuna çıkarılan cevherin atık kısmının tekrar deniz tabanına gönderilmesi şeklinde çalışır (2). Bir başka yöntem de biçerdöver gibi büyük bir robotik su altı aracı cevherle birlikte bir miktar yumuşak tortuyu da emerek ilerler (11). Toplanan cevher uzun bir tüp içerisinden yüzeydeki gemiye gönderilir.

Resim 5. Üretim Yöntemleri (WOR3_en_chapter_2.pdf )

Deniz Tabanı Maden Yatakları

Önemli yumru yataklarından Clarion-Clipperton Fay Zonu, 9 Milyon km² alanda metrekare başına yaklaşık 15 kg. yumru içerir. Toplam rezerv 21 milyar ton olarak tahmin ediliyor. Peru kıyılarının 3000 km. uzağında bulunan diğer bir havza metrekare başına yaklaşık 10 kg manganez yumruları içermektedir. Penrhyn Havzası, Cook adalarına yakın, Avustralya’nın birkaç bin kilometre doğusundadır. Yaklaşık 750 bin km²’lik alanda metrekare başına yaklaşık 25 kg’dan fazla manganez yumruları içermektedir. Hint Okyanusu merkezindeki havzada ise metre kare başına 5 kg manganez yumruları bulundurmaktadır (12). Clarion-Clipperton Fay Zonu, manganez yanında bakır ve titanyum da içermektedir (2).

Büyük Okyanus, önemli kobalt kabuğu bölgesini oluşturur. Japonya’nın 3 bin km. güneybatısındaki alan Birincil Kabuk Havzası olarak adlandırılır. Buradaki kabuk miktarı yaklaşık 7,5 milyar ton olarak tahmin edilmektedir (12).

Tayland ve Endonezya kıyılarında kalay minerali kasiterit deniz tabanından kazınarak çıkarılmaktadır. Alaska, Yeni Zelanda ve Filipinler açıklarında deniz altı kumlarından altın üretiliyor. Afrika’nın Namibya ve Güney Afrika Cumhuriyeti açıklarında Orange ırmağının denize taşıdığı erozyon malzemesinden elmas çıkarılmaktadır. Alçak enlem okyanusları kıta sahanlıklarında fosforit yatakları oluşmuştur (15).

Papua-Yeni Gine çevresindeki Manus Havzasında masif sülfit yatağı yer alır. Bu yataklar milyonda 26 (26 ppm) altın içermektedir (2).

Madencilik şirketleri Namibya açıklarında 2016 yılında 600 milyon dolar değerinde elmas üretmiştir. Bunlar karalardan akarsularla taşınan elmaslardır (14).

Tanınmış bir elmas şirketi 2018’de Namibya kıyılarında 1,4 milyon karat (1 karat 0.2 gram) elmas çıkarmıştır.

Resim 6. Maden Havzaları ve Münhasır Ekonomik Bölgeler (WOR3_en_chapter_2.pdf )

Deniz Tabanı Madenciliğinde Çevre Sorunları

Deniz tabanı maden havzaları aynı zamanda birçok derin deniz canlısının yaşam alanını oluşturmaktadır. Maden üretim aşamalarında suyun sıcaklığında, bileşiminde, bulanıklığında ve atıkların deniz tabanına geri gönderilmesinde oluşabilecek tortulanma doğal ortamı bozucu etkiler yapabilmektedir.

İsveç Kraliyet Akademisi’nce yapılan bir çalışmada üretim yapan bir gemi her gün 50 bin m³’den çok atık maddeyi deniz tabanına geri göndermektedir. Bazı tahminler bu miktarın daha çok olabileceğini ifade etmektedir. Geniş alanlar tortularla örtüldüğünde pek çok deniz canlısının zarar göreceği ifade edilmektedir (5).

Ticari madencilik için kullanılacak makinelerin çevre üzerindeki etkileri tahminden öte gitmemektedir. Toplayıcı ve kazıcı makineler çalışırken oluşacak çamur ve tortu bulutları çökeldiğinde deniz tabanı canlılarını gömebilir veya boğabilir,

Emekli Coğrafya Öğretmeni

Kaynaklar:

Özturan, Murat., XTF Formatlı Yandan Taramalı Sonar Verilerinin Matlab Yazılımları ile Analizi ve Deniz Tabanı Sınıflandırması, İstanbul Üniversitesi Deniz Bilimleri ve İşletmeciliğii Enstitüsü, Deniz Jeolojisi ve Jeofiziği Ana Bilim Dalı, Doktora Tezi No. 144396.

https://en.wikipedia.org/wiki/Deep_sea_mining

Gelpke,Nikolaus., maribus gGmbH Managing Director, World Ocean reviev, 2014, 3 Marine Resources-Opportunities and Risks, Kiel Marine Sciences.

https://worldoceanreview.com/wp-content/downloads/wor3/WOR3_en_chapter_2.pdf

Abbany, Zulfikar., Oceans of Metal, 5.06.2020.

https://www.dw.com/en/whats-the-science-on-deep-sea-mining-for-rare-metals/a-53686045

Hylton S, Wil.,History’s Largest Mining Operation in About to Begin, The Atlantic,Şubat 2020.

https://www.theatlantic.com/magazine/archive/2020/01/20000-feet-under-the-sea/603040/

yltonOO

Fox, Alex., Deep Sea Mining’s Environmental Toll Could Last Decades, Smithsonian Magazine,Mayıs 2020.

https://www.smithsonianmag.com/smart-news/deep-sea-minings-environmental-toll-could-last-decades-180974791/

Christiansen, Bernd., Denda Anneke. ve Christiansen, Sabine., Potential effects of deep seabed mining on pelagic and benthopelagic biota, ScienceDirect, ELSEVİER, Marine Policy, Nisan 2020.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0308597X18306407.

Connelly P. Douglas., Copley Jonathan T., Wilcox Sally ve diğerleri, Hydrothermal vent fields and chemosynthetic biota on the world’s deepest seafloor spreading centre, Nature Communications, Ocak 2012.

https://www.nature.com/articles/ncomms1636