Suche
english
3 Rohstoffe aus dem Meer – Chancen und Risiken

Kobaltkrusten

Metallreiche Krusten

> Kobaltkrusten sind eine vielversprechende Ressource am Meeresboden, da sie große Mengen an Kobalt, Nickel, Mangan und anderen Metallen enthalten, die die Gehalte in Landlagerstätten zum Teil übertreffen könnten. Sie bilden sich auf Gesteinsflächen an untermeerischen Erhebungen. Zu ihrem Abbau sind Maschinen nötig, die das Material vom Untergrund abtrennen können. Darüber liegen bislang aber nur Konzeptstudien vor.

Seite:

Seeberge Seeberge, die Sea-mounts, sind durch vulkanische Aktivität am Meeresboden in Millionen Jahren in die Höhe gewachsen. Seamounts kommen in allen Meeren vor und erreichen eine Höhe von 1000 bis 4000 Metern. Kleinere Seeberge mit geringerer Höhe nennt man auch Knolls.

Deckschicht auf dem Fels

Kobaltkrusten sind steinharte, metallhaltige Beläge, die sich auf den Felshängen von untermeerischen Vulkanen, sogenannten Seebergen, bilden. Diese Krusten entstehen ähnlich wie Manganknollen, indem sich im Laufe von Jahrmillionen Metall­verbin­dun­gen im Wasser auf dem Gestein ablagern. Wie bei den Manganknollen läuft diese Ablagerung ausgesprochen langsam ab: Pro Million Jahre wachsen die Krusten 1 bis 5 Millimeter und damit sogar noch langsamer als die Manganknollen. Je nachdem wie stark das Meerwasser mit Metallverbindungen angereichert ist, haben sich in verschiedenen Meeresgebieten Krusten unterschied­licher Dicke gebildet. Auf manchen Seebergen sind diese nur 2 Zentimeter mächtig, in den ergiebigsten Gebieten bis zu 26 Zentimeter. Da Kobaltkrusten fest mit dem felsigen Untergrund verbunden sind, können sie nicht einfach wie Manganknollen vom Meeresboden aufgelesen werden. Vielmehr müsste man sie künftig aufwendig vom Untergrund abtrennen. Experten schätzen, dass es weltweit mindestens 33 000 Seeberge gibt. Die genaue Zahl kennt man nicht. Davon kommen etwa 57 Prozent im Pazifik vor. Der Pazifik ist somit die wichtigste Kobaltkrustenregion der Welt. Besonders interessant ist der Westpazifik. Hier findet man die ältesten Seeberge, die bereits im Jura vor rund 150 Millionen Jahren entstanden sind. Entsprechend viele Metallverbindungen konnten sich hier im Laufe der Zeit ablagern und vergleichsweise dicke Krusten bilden. Primäre Krustenzone (Prime Crust Zone, PCZ) wird dieses Gebiet rund 3000 Kilometer südwestlich von Japan genannt. Man schätzt die Krustenmenge in der PCZ auf insgesamt 7,5 Milliarden Tonnen.
2.18 > Manganknollen und Kobaltkrusten enthalten vor allem Mangan und Eisen. Da Eisen in Landlagerstätten in großen Mengen vorhanden ist, spielt es für den Meeresbergbau keine Rolle. Betrachtet man die übrigen Elemente, deren Gewichtsanteil geringer ist, ergeben sich aber große Unterschiede. Bei den Manganknollen überwiegen Nickel und Kupfer-, bei den Kobaltkrusten Kobalt, ebenfalls Nickel und Seltenerdelemente.
Abb. 2.18 > Manganknollen und Kobaltkrusten enthalten vor allem Mangan und Eisen. Da Eisen in Landlagerstätten in großen Mengen vorhanden ist, spielt es für den Meeresbergbau keine Rolle. Betrachtet man die übrigen Elemente, deren Gewichtsanteil geringer ist, ergeben sich aber große Unterschiede. Bei den Manganknollen überwiegen Nickel und Kupfer-, bei den Kobaltkrusten Kobalt, ebenfalls Nickel und Seltenerdelemente. © nach Hein

Eine Kruste, reich an Metallen

Wie die Manganknollen stellen auch die Kobaltkrusten eine sehr große Metallressource im Meer dar. Wie der Name schon sagt, enthalten die Krusten, verglichen mit Landlagerstätten und Manganknollen, relativ viel Kobalt. Den größten Anteil in den Kobaltkrusten haben aber die Metalle Mangan und Eisen. Im Englischen bezeichnet man die Krusten etwas präziser als cobalt-rich ferromanganese crusts (kobaltreiche Eisenmangankrus­ten). Auch Tellur kommt in Kobaltkrusten in vergleichsweise großen Mengen vor. Tellur wird insbesondere für die Produktion besonders effizienter Dünnschicht-Fotovoltaikzellen be-nötigt. Die Krusten der Primären Krustenzone enthalten zwar absolut gesehen nicht ganz so viel Mangan wie die Manganknollen der Clarion-Clipperton-Zone. Dennoch sind die Manganmengen in der PCZ noch knapp 3-mal größer als die heute wirtschaftlich abbaubaren Mengen an Land. Im südlichen Bereich der PCZ finden sich darüber hinaus Krusten mit vergleichsweise hohen Gehalten an Seltenerdelementen.
2.19 > Kobaltkrusten und Manganknollen kommen in verschiedenen Meeresgebieten vor. Für beide Rohstoffe aber gibt es besonders ergiebige Regionen. Das bedeutendste Kobaltkrus­tengebiet ist die Primäre Krustenzone im Westpazifik (Prime Crust Zone, PCZ). Das wichtigste Manganknollengebiet die Clarion-Clipperton-Zone (CCZ).
Abb. 2.19 > Kobaltkrusten und Manganknollen kommen in verschiedenen Meeresgebieten vor. Für beide Rohstoffe aber gibt es besonders ergiebige Regionen. Das bedeutendste Kobaltkrus­tengebiet ist die Primäre Krustenzone im Westpazifik (Prime Crust Zone, PCZ). Das wichtigste Manganknollengebiet die Clarion-Clipperton-Zone (CCZ). © nach Hein et al.
2.20 > Besonders ergiebige Kobaltkrus­ten finden sich im Westpazifik in einem Gebiet von der Größe Europas, der Primären Krustenzone (PCZ). Vergeicht man diese mit Landlagerstätten und dem Manganknollengebiet in der Clarion-Clipperton-Zone (CCZ), zeigt sich, dass in der PCZ vor allem die Kobalt- und Tellurvorkommen vergleichsweise groß sind und die Mengen sowohl der Landlagerstätten als auch der CCZ übertreffen.
Abb. 2.20 > Besonders ergiebige Kobaltkrus­ten finden sich im Westpazifik in einem Gebiet von der Größe Europas, der Primären Krustenzone (PCZ). Vergeicht man diese mit Landlagerstätten und dem Manganknollengebiet in der Clarion-Clipperton-Zone (CCZ), zeigt sich, dass in der PCZ vor allem die Kobalt- und Tellurvorkommen vergleichsweise groß sind und die Mengen sowohl der Landlagerstätten als auch der CCZ übertreffen. © Hein

Zusatzinfo Sauerstoff aus der Tiefe lässt Krusten wachsen

Stark umströmte Seeberge

Kobaltkrusten bilden sich auf allen freiliegenden Gesteins­oberflächen an untermeer­ischen Erhebungen, vor allem auf Seebergen und Knolls. Zum Teil wirken Seeberge wie gigantische Rührstäbe im Meer, die große Wirbel erzeugen. In diesen Wirbeln an den Seebergen werden oftmals Nährstoffe oder andere Substanzen gefangen, die von der Meeresoberfläche herabrieseln oder mit der Meeresströmung herangetrieben werden. Auch Metallverbindungen können darin enthalten sein, die sich dann auf dem Gestein ablagern. Eine weitere wichtige Voraussetzung für die Bildung von Kobaltkrusten ist, dass der Fels oder die aufwachsenden Krusten frei von Sedimenten gehalten werden. Auch diese Bedingung ist an den Seebergen und anderen Erhebungen erfüllt: Die Strömungen tragen die feinen Sedimente fort und halten das Gestein und die Krus­ten frei. Kobaltkrusten findet man in Tiefen von 600 bis 7000 Metern. Wie Untersuchungen an Seebergen ergeben haben, bilden sich die dicksten und wertstoffreichsten Krusten im oberen Bereich der Seeberghänge, die gut angeströmt werden. Im Durchschnitt liegen diese in Wassertiefen von 800 bis 2500 Metern in der Nähe der Sauerstoff­minimum­zone. Analysen zeigen außerdem, dass Krus­ten in einer Tiefe von 800 und 2200 Metern die höchsten Kobaltgehalte haben. Warum das so ist, wissen die Forscher noch nicht genau.

Ähnlich wie ein Schwamm oder Aktivkohle, die oft als Filtersubstanz im Aquarium eingesetzt wird, sind Kobaltkrusten sehr porös. Dank dieser vielen nur wenige Mikrometer kleinen Poren haben die Krusten eine große innere Oberfläche. So wie in den Poren eines Aktivkohlefilters Schadstoffe hängen bleiben, lagern sich an der großen Oberfläche der Krusten Metallverbindungen ab. Da im Meerwasser gelöste Metalle nur in extrem geringen Konzentrationen enthalten sind, dauert das Wachstum der Krusten dennoch sehr lange. Die Krusten entstehen vor allem durch die Anlagerung von Eisenhydroxidoxid [FeO(OH)] und Manganoxid (Vernadit, MnO₂) an. Alle anderen Metalle werden sozusagen als Trittbrettfahrer mit dem Eisenhy­droxidoxid und dem Vernadit in und auf der Krustenoberfläche angelagert. Der Grund: Im Meer heften sich verschiedene Metallionen an die im Wasser enthaltenen Eisenhydro­xidoxid- und Vernaditmoleküle an. Eisenhy­droxidoxid ist leicht positiv geladen und zieht damit negativ geladene Ionen wie etwa Molybdänoxid (MoO42-) an. Vernadit hingegen ist leicht negativ geladen und zieht positiv geladene Ionen wie zum Beispiel Kobaltionen (Co2+), Kupferionen (Cu2+) oder Nickelionen (Ni2+) an. Fast alle im Meerwasser enthaltenen Metallionen stammen übrigens vom Land. Sie werden dort im Laufe der Zeit aus dem Gestein gewaschen und über die Flüsse in die Ozeane transportiert. Eisen und Mangan hingegen gelangen meist über vulkanische Quellen am Meeresboden, die Hydrothermalquellen, ins Meer.

Krustenabbau in Hoheitsgebieten?

Manganknollen und Kobaltkrusten sind für den künftigen Meeresbergbau gleichermaßen interessant, da sie viele industriell wichtige Metalle in Spuren enthalten, die aufgrund der großen Tonnagen an Kobaltkrusten und Manganknollen wirtschaftlich von Interesse sind. Was die Exploration und den künftigen Abbau betrifft, gibt es aber wesentliche Unterschiede. Das betrifft beispielsweise die rechtliche Situation. Anders als bei den Manganknollen liegen die meisten ergiebigen Krustenvorkommen nicht in den internationalen Gewässern der Hohen See, sondern in den Ausschließlichen Wirtschaftszonen (AWZ) verschiedener Inselstaaten. Über einen zukünftigen Abbau wird dort also nicht die Internationale Meeresbodenbehörde (International Seabed Authority, ISA) bestimmen, sondern die jeweiligen lokalen Regierungen. Konkrete Pläne gibt es derzeit aber in keinem Land. Für die Krustenvorkommen in den internationalen Gewässern hingegen gibt es seit Kurzem ein verbindliches Regelwerk. So verabschiedete die ISA erst im Juli 2012 international verbindliche Regeln für die Exploration solcher Krustenvorkommen im Gebiet der Hohen See. Zwar legten inzwischen bereits China, Japan und Russland der ISA schon Arbeitspläne für eine künftige Exploration in den internationalen Gewässern des Westpazifiks vor, doch müssen der Rat und die Versammlung der Meeresbodenbehörde diese zunächst noch genehmigen. In diesen Arbeitsplänen ist aufgeführt, welche Basisinformationen die Staaten in den nächsten Jahren sammeln wollen, dazu gehören die Probennahme am Meeresboden und die Analyse der Krusten, Tiefenmessungen oder auch Untersuchungen der Fauna.

Schwierige Dickenmessung

Auch in technischer Hinsicht unterscheidet sich die Exploration der Kobaltkrusten fundamental von der Situation bei den Manganknollen. Manganknollen können durch sogenannte Kastengreifer wie mit einer Baggerschaufel leicht und schnell an Bord geholt werden, um Proben zu nehmen und beispielsweise Metallgehalte zu messen. Auch sind die Knollen über größere Strecken relativ gleichmäßig über den Meeresboden verteilt. Damit lassen sich die Vorkommen durch Foto- und Videoaufnahmen relativ gut einschätzen, insbesondere auch die Größe der Knollen. Die Beprobung und Messung der Dicke von Kobaltkrus­ten hingegen sind deutlich schwieriger, da Gesteinsbrocken abgerissen oder herausgebohrt werden müssen. Die lokalen Unterschiede sind kaum bekannt, und die punktuelle Untersuchung ist ausgesprochen aufwendig und teuer.
2.21 > Viele Metallionen gelangen als Trittbrettfahrer in die Kobaltkrusten. Die Metall­ionen lagern sich im Wasser an Eisenhydroxidoxid- und Vernaditmolekülen an, die sich dann auf und in der porösen Oberfläche der Krusten absetzen.
Abb. 2.21 > Viele Metallionen gelangen als Trittbrettfahrer in die Kobaltkrusten. Die Metall­ionen lagern sich im Wasser an Eisenhydroxidoxid- und Vernaditmolekülen an, die sich dann auf und in der porösen Oberfläche der Krusten absetzen.  © maribus
Sehr viel effizienter wären daher Messgeräte, die man in der Tiefe knapp über dem Meeresboden durch das Wasser zieht, die also quasi im Vorbeifliegen die Dicke der Krusten präzise messen könnten. Auf diese Weise ließen sich große Areale in kurzer Zeit untersuchen. Daher arbeiten derzeit Wissenschaftler an der Verfeinerung hochauflösender akustischer Geräte. Diese beschallen den Meeresboden mit Wellen, fangen die aus dem Boden reflektierten Signale auf und berechnen daraus den Schichtaufbau des Untergrunds. Solche Apparate sind bei der Exploration anderer Rohstoffe am Meeresboden der Stand der Technik. Geräte, die allerdings so präzise arbeiten, dass sie die Kobaltkrusten zentimetergenau vermessen und vom Fels unterscheiden können, gibt es noch nicht. >
Seite: