Dva uzorka stijena iz dubokog Tihog oceana sama su se zapalila dok su ih znanstvenici usitnjavali u laboratoriju. Analiza objavljena u časopisu Scientific Reports povezala je taj događaj s nestabilnim sulfidnim mineralima koji pri reakciji s kisikom oslobađaju toplinu. Nalaz upozorava na sigurnosni rizik pri mogućem budućem rudarenju takvih naslaga na morskom dnu.
Uzorci su prikupljeni 2022. godine u području Escanaba, na južnom dijelu podmorskog hrpta Gorda, nedaleko od granice Oregona i Kalifornije. Ondje iz morskog dna izlaze vruće hidrotermalne tekućine, a minerali koji se iz njih talože grade naslage bogate metalima. Daljinski upravljanom podmornicom istraživači su s četiriju lokacija prikupili 57 uzoraka stijena.
Zapaljenje se dogodilo nakon liofilizacije, postupka kojim se iz zamrznutih uzoraka uklanja voda. Tijekom njihova naknadnog usitnjavanja, u uobičajenim laboratorijskim uvjetima na zraku, dva su uzorka počela gorjeti. Temperatura na radnoj površini premašila je 100 °C, a minerali u njima oksidirali su. Do zapaljenja je došlo tijekom obrade osušenih uzoraka, a ne pri njihovu izranjanju na površinu.
Što je izazvalo zapaljenje?
Tim koji predvodi Amy Gartman iz Američkog geološkog zavoda (USGS) usporedio je kemijski i mineralni sastav stijena te njihovo ponašanje pri zagrijavanju. Oba zapaljena uzorka sadržavala su obilje markazita, minerala sastavljenog od željeza i sumpora. Njegovi su kristali bili izrazito sitni, veličine svega nekoliko nanometara.
Markazit je u tim stijenama nastao preobrazbom drugog željeznog sulfida, pirotina. Pri toj preobrazbi dio željeza izlazi iz mineralne strukture, a u stijeni nastaju šupljine i pukotine. Takav porozan materijal ima veliku površinu na kojoj može reagirati s kisikom. Usitnjavanje dodatno razotkriva površine minerala i unosi mehaničku energiju koja može pokrenuti reakciju.
Oksidacijom sulfida oslobađa se toplina. Ako se ona stvara brže nego što se odvodi u okolinu, uzorak se sve više zagrijava, što može ubrzati daljnju reakciju i naposljetku dovesti do zapaljenja. Sličan je rizik poznat i kod sulfidnih ruda na kopnu, ali svježe naslage s morskog dna mogu se po strukturi i sastavu razlikovati od mnogo starijih kopnenih ležišta.
Istraživači su provjerili i mogućnost da su za požar odgovorne organske tvari ili naftni ugljikovodici. Rezultati to nisu potvrdili: udio organskog ugljika u zapaljenim uzorcima nije odudarao od ostalih, a uzorci bogati ugljikovodicima nisu pokazivali isto ponašanje. Analize su zato kao glavni uzrok izdvojile reakcije sulfidnih minerala.
Rizik za obradu rude na brodovima
Na hladnom morskom dnu, gdje je temperatura oko 2 °C, a dostupnost kisika ograničena, reakcije mogu biti spore. Vađenjem stijena, sušenjem, usitnjavanjem i skladištenjem uvjeti se mijenjaju. Upravo bi se takvi postupci mogli odvijati na brodovima ili u postrojenjima koja obrađuju rudu iz dubokog mora.
Nalaz ne znači da se sve sulfidne stijene mogu same zapaliti. Od 41 prikupljenog uzorka u kojem su sulfidi bili glavni sastojak zapalila su se dva. Ni obilje markazita samo po sebi nije bilo dovoljno: više drugih uzoraka bogatih tim mineralom nije gorjelo. Rizik stoga ovisi i o strukturi stijene, njezinu stanju te načinu obrade.
Autori rada traže da se taj rizik ispita prije budućih rudarskih zahvata. Za pojedino ležište trebalo bi provjeriti sklonost uzoraka samozagrijavanju i zapaljenju te prema rezultatima prilagoditi rukovanje, skladištenje i zaštitu od požara. Postupke koji se primjenjuju u kopnenim rudnicima ne bi trebalo automatski smatrati dovoljnima za svježe sulfidne naslage s morskog dna.
