深海采矿未来的复杂性和不确定性：将系统框架与专家意见相结合

本研究首次将社会-生态-技术系统（SETS）框架应用于深海采矿（DSM）领域，通过因果回路图（CLD）和全球43名专家问卷调查，系统评估了DSM相关33个变量的重要性及不确定性。研究发现，关键驱动因素包括深海生态影响和采矿监管时效，高不确定性变量涉及矿物供应链和生态风险。不同学科专家对变量重要性评估存在显著差异，物理学家侧重技术可行性，社会科学家关注时间动态与需求管理。研究为DSM治理提供了跨学科分析框架和决策依据。

Datu Buyung Agusdinata | Kim Nguyen

亚利桑那州立大学可持续性学院，美国亚利桑那州坦佩市大学东街777号，邮编85287

摘要

向清洁能源的加速转型加剧了人们对替代矿产资源的兴趣，其中包括深海采矿（DSM）。由于社会、经济、生态、地缘政治、供应链和技术因素的复杂相互作用，DSM的未来仍然充满不确定性且存在争议。尽管关于DSM的讨论日益增多，但结合系统思维和未来视角的系统性分析仍较为缺乏。此外，人们对DSM的看法可能存在偏见，这可能会进一步复杂化相关讨论。为了解决这些问题，本文采用了因果循环图（CLD）工具来表示假设的DSM动态，其中包含了“资源民族主义”、“市场动态”、“监管时机”和“海洋生态系统保护”等反馈循环。该研究是首次将社会-生态-技术系统（SETS）框架应用于DSM领域，为CLD模型中的关键变量提供了结构框架。该框架包括33个变量，涵盖10个关键维度。通过一项涉及全球43名受访者的专家调查，评估了这些变量的重要性和不确定性。分析指出，关键因素包括对当地和全球生物多样性的影响，以及DSM监管和开采许可的时机。不确定性最高的变量涉及矿物的供应和价格、减少生态影响的技术可行性以及生态风险。来自物理科学、自然科学和社会科学的专家在这些因素的优先级上存在系统性差异：物理科学家对生态和社会变量的重视程度较低，而社会科学家则更加强调时间动态和需求减少。这些结果突出了主要的不确定性来源、学科偏见以及关键驱动因素，并为DSM治理的情景规划和利益相关者参与提供了新的见解。

引言

随着许多国家越来越认为矿产资源对其国家利益至关重要，从海底提取铜、镍、钴和稀土金属等矿产（即深海采矿DSM）的想法一直存在争议和分歧。深海采矿系统包括从200至6000米深的海洋底部提取矿产资源所需的技术、工业流程、治理结构和社会环境动态（Sharma, 2022; Glasby, 2000）。DSM主要针对三种类型的资源：多金属结核（分布在深海平原上，富含锰、镍、铜和钴，Paulikas等人，2022）；多金属硫化物（形成于洋中脊和火山弧的热液喷口处，当富含矿物质的热水冷却时会沉淀出铜、铅、锌、金和银等金属）；以及富含钴的铁锰壳（通过海水中的直接矿物沉淀在海底山体上形成，ISA, 2022）。

据估计，到2065年，约35-45%的关键金属需求将来自深海矿山（Hein和Mizell, 2022）。为了寻找替代矿产资源，人们开始更加关注与DSM相关的问题。1994年成立的联合国国际海底管理局（ISA）负责监管国际水域中的深海资源开发活动（Blanchard等人，2023）。最近，美国政府发布了一项行政命令，以发展国内在深海矿产资源勘探、特征分析、采集和加工方面的能力（白宫，2025）。

目前对DSM及其潜在利益和影响的了解仍然有限，因为存在许多不确定性：（1）对DSM潜在的环境和社会影响了解不足；（2）陆地采矿与DSM之间的经济效益和环境影响的权衡；（3）DSM活动可能涉及国内和国际水域，这使得制定能够管理其预期和意外后果的治理机制变得具有挑战性。这些因素导致科学界、政府界和供应链参与者在DSM作为实现绿色能源转型途径的可行性和可取性上存在分歧（Agusdinata和Robbins, 2025）。

鉴于全球DSM行业存在的多方面不确定性，本研究旨在超越孤立的方法，以解决DSM治理方面的差距。DSM是一个跨学科问题，需要多学科的方法来深入理解其实践及其后果（Carver等人，2020；Markus, 2018）。Pierre-Yves Le Meur等人（2018: 382）认为，“需要全面认识DSM采矿的所有方面，包括文化因素，以制定符合国家需求的相关政策。”最近关于增强公众参与DSM决策的呼吁（Morgera和Lily, 2022）强调了当地社区在这一问题上的意见的重要性。

此外，DSM项目利益分配不均也可能引发公平问题。它可能与现有的当地产业（如渔业、旅游业）和文化习俗发生冲突。DSM是一个充满不确定性的争议性议题，关于其对自然深海环境的风险程度以及其必要性和经济可行性也存在分歧（Amon等人，2022；Drazen等人，2020）。因此，有必要在这一早期阶段开发一个社会-生态-技术评估框架，以促进经济发展，同时确保社会和环境成本的公平分配。

文献中已经认识到DSM问题的复杂性和不确定性（Carver等人，2020；Reichelt-Brushett等人，2022）。

然而，将DSM的各个维度整合到一个全面、连贯的框架中的努力仍在进行中。此类框架的主要目标是识别和理解影响系统动态的关键驱动因素。这需要一种结构化的方法来评估相关变量的相对重要性和不确定性。鉴于DSM本质上涉及环境科学、经济学、法律和社会科学等多个学科，必须考虑每个学科如何解释和与系统动态互动。这些综合见解对于制定反映跨学科边界关键变量复杂相互作用的可信和稳健的未来情景至关重要。

本研究通过开发一个SETS框架来推进DSM研究，该框架捕捉了社会、生态和技术驱动因素之间的相互作用和相互依赖性，这是现有研究中尚未采用的方法。以往的研究通常从单一维度出发，例如通过利益相关者分析或PESTEL分析来考察社会文化影响（Bellanger等人，2025），或进行财务和技术可行性评估（Fernando等人，2025），从而忽视了它们之间的系统关系。通过将这些维度整合到一个统一的系统模型中，本研究提供了关于哪些因素最具不确定性、学科偏见如何影响专家判断，以及这些发现如何为情景规划和利益相关者对话提供信息的实用见解。

该框架已应用于其他领域，如城市生态系统（McPhearson等人，2022）和森林生态系统（Sorge等人，2022）。然而，将其应用于全球DSM背景下的调整是前所未有的。虽然SETS框架已应用于城市生态系统服务（McPhearson等人，2022）和森林治理创新（Sorge等人，2022），但这些应用都是基于已建立的生态基线、地方治理结构和持续管理实践的。相比之下，深海采矿则是一个全球性的社会-技术-生态系统，其特点是生态知识有限、提取技术快速发展、ISA下的国际治理以及复杂的矿物供应链动态。这些差异要求重新定义SETS框架的维度，以包括沉积物羽流不确定性、工业技术成熟度、全球矿物市场和国际监管合法性等变量，这些变量在现有的SETS或SETFIS框架中并未出现。因此，该框架不是简单转移，而是经过调整，以捕捉DSM独特的跨尺度相互作用、新兴的产业格局和多层次的地缘政治驱动因素。

基于此背景，本文假设不同专家领域在评估不确定性和重要性时存在系统性的学科偏见。这些偏见可能会影响DSM动态的表述和理解方式，进而最终影响决策过程。本研究旨在探讨以下研究问题：（1）我们如何根据相关因素之间的关系来表示DSM动态的不确定性和复杂性？（2）不同学科的专家在这些因素的重要性和不确定性方面有何共识？这些问题旨在揭示各学科之间的共识和分歧。这样的见解可以提高未来DSM框架的稳健性和包容性。

本文的结构如下：第2节提供了关于深海采矿（DSM）发展的背景，并介绍了学科偏见的概念。第3节介绍了DSM动态模型和社会-生态-技术系统（SETS）框架，以及研究中使用的方法和数据。第4节展示了专家调查的结果，包括根据感知的重要性和不确定性对DSM相关变量进行排序。随后分析了专家组之间的关键分歧。文章最后讨论了研究的意义和对未来研究方向的建议。

科学知识现状

关于DSM的科学知识现状

DSM辩论的一个关键维度是从生命周期的角度权衡陆地和海洋影响之间的社会环境代价。尽管DSM常被认为可以减少陆地采矿的环境破坏，但对其对深海生态系统的影响存在严重担忧。主要威胁包括沉积物羽流的产生、水下噪音（Williams等人，2022）、振动、光污染和尾矿处理等问题。

DSM变量之间的假设关系和动态

为了概念化我们对DSM动态的理解，我们使用了因果循环图（CLD）工具（Dhirasasna和Sahin，2019）来表示SETS框架变量之间的假设相互作用（图1）。所得模型展示了系统中不同因素如何通过因果关系相互影响。箭头表示这些关系，可以朝相同方向（正极性）或相反方向（负极性）移动。

专家对DSM系统变量重要性和不确定性的感知

专家调查的结果如图4所示，每个变量的平均重要性和不确定性值分别绘制在两个轴上。大多数变量位于中间范围内，重要性和不确定性的平均值都在3到5之间。结果表明，许多因素对深海采矿的未来具有中等重要性和不确定性。值得注意的是，DSM环境引入的时机

结论

本研究将SETS框架应用于DSM领域，是首次系统性地将该框架应用于这一领域。通过专家访谈使框架具体化，本研究揭示了DSM研究中尚未捕捉到的关键不确定性和学科分歧。研究结果强调，DSM治理需要一种超越孤立专业知识的综合、多学科方法。结果还表明，

CRediT作者贡献声明

Datu Buyung Agusdinata：撰写 – 审稿与编辑、撰写原始草稿、验证、监督、资源管理、项目协调、方法论设计、调查实施、资金筹集、正式分析、数据整理、概念构思。Kim Nguyen：可视化处理、正式分析、数据整理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。