USGS: 심해 황화물 암석이 실험실에서 자발적으로 발화할 수 있음

미국지질조사소(USGS) 주도의 과학자들은 깊은 해저에서 채취한 특정 금속황화물 암석이 실험실 환경에서 공기에 노출되면 자신에 의해 가열되고 발화할 수 있음을 발견했습니다. 이 발견은 Escanaba Trough에서 수집한 샘플에서 나온 것으로, 이는 오레곤-캘리포니아 국경 해역의 미국 배타적 경제수역 내 남부 Gorda Ridge를 따라 있는 열수 지역입니다.

무슨 일이 일어났는가

USGS에 따르면, 연구자들은 2022년 원정 중에 원격 조종 차량을 사용하여 Escanaba Trough의 4개 지역에서 57개의 열수 암석 샘플을 수집했습니다. 이 작업은 해양에너지관리국(BOEM)과 국립해양대기청(NOAA)과의 협력을 포함했으며, 연구에 대한 ScienceAlert의 보도에 따릅니다.

대부분의 샘플은 구리, 아연 및 철이 풍부한 금속황화물을 포함했지만, ScienceAlert가 보도한 바와 같이 2개는 동결건조되고 실험실에서 분쇄된 후 자발적으로 연소했습니다. USGS에 따르면 연소하는 암석은 주로 나노결정 마르카사이트, 즉 앞의 광물인 황철석을 대체한 황화철 광물로 구성되어 있습니다. Ocean News는 또한 광상에 존재하는 광물 중 이소큐바나이트와 황동석을 나열했습니다.

왜 암석이 점화되었는가

USGS는 마르카사이트가 산소에 노출되었을 때 발열 산화를 겪으며 열을 방출했다고 설명합니다. ScienceAlert는 이 반응이 샘플 온도를 100°C 이상으로 올렸으며 원래 암석 재료가 완전히 산화되었다고 보도했습니다. ScienceAlert에 따르면 실험실 처리 중 분쇄와 같은 기계적 작용이 자기가열을 유발하는 데 도움이 되는 추가 에너지를 공급한 것으로 보입니다.

"금속황화물 광물의 자발적 연소 및 해저 대규모 황화물 채굴에 대한 함의"라는 제목으로 Scientific Reports 저널에 게재된 연구는 나노결정 변성 형태의 광물이 1차 전구체보다 덜 안정적이며 이러한 종류의 반응에 더 취약하다는 결론을 내립니다.

심해 채굴에 중요한 이유

연구의 저자들은 이 발견을 해저 대규모 황화물(SMS) 광상의 향후 채굴과 관련된 위험으로 설명합니다—열수 분출구 주변의 광물이 풍부한 구성으로 구리, 아연 및 기타 금속의 잠재적 공급원으로 관심을 끌었습니다. 그러한 암석을 표면으로 옮기면 해저와 비교하여 산소 수준, 온도, 압력 및 습도가 급격히 다른 조건에 노출되며, USGS는 자기가열을 유발할 수 있다고 말합니다.

Ocean News는 이 연구가 위험을 평가할 때 개별 광상의 광물 특성이 중요하며, 육상 황화물 채굴을 위해 개발된 기존 안전 프로토콜이 심해에서 회수한 재료에 직접 적용되지 않을 수 있음을 강조한다고 보도했습니다. ScienceAlert는 연구자들이 이 반응이 그러한 화물을 취급하는 선박에서 급속 발생 화재를 일으킬 수 있다고 구체적으로 경고했다고 지적했습니다.

아직 알려지지 않은 것

보도된 결과는 제한된 수의 연소 사건—57개 샘플 중 2개—에 기반하며, Escanaba Trough라는 한 사이트에서입니다. 검토된 출처는 다른 광물 조성을 가진 다른 열수 사이트에서 이 반응이 얼마나 자주 발생할 것인지 명시하지 않으며, 채굴 사업자들이 채택해야 할 구체적인 새로운 안전 프로토콜도 제시하지 않습니다. Ocean News에 따르면 연구는 대신 SMS 추출에 맞춘 전담 위험 평가 및 공학적 통제를 요구합니다.

한눈에 보는 주요 사실

• 2022년에 Escanaba Trough에서 오레곤-캘리포니아 해안 해역에서 원격 조종 차량을 통해 수집한 샘플입니다.
• 57개의 열수 암석 샘플을 수집했으며; 2개는 실험실 처리 중에 자발적으로 연소했습니다.
• 가연성 암석은 주로 나노결정 마르카사이트로 구성되어 있으며, 이는 이전의 황철석을 대체했습니다.
• ScienceAlert의 보도에 따르면 반응 중에 샘플 온도가 100°C를 초과했습니다.
• Scientific Reports에 게재된 연구이며; BOEM 및 NOAA의 참여와 함께 USGS가 주도했습니다.