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3 Rohstoffe aus dem Meer – Chancen und Risiken

Massivsulfide

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Zusatzinfo Die mühevolle Suche nach Hydro­thermal­quellen und ergiebigen Massiv­sulfid­vorkommen

Geologische Untersuchungen haben gezeigt, dass sich große Vorkommen nur dann bilden können, wenn eine oder mehrere der folgenden Voraussetzungen erfüllt ist oder sind:
  • Die Hydrothermalquelle war mindestens mehrere Zehntausend Jahre aktiv, sodass sich ausreichend Material ansammeln konnte.
  • Die Platten an den Mittelozeanischen Rücken oder in den Backarc-Becken dürfen sich nur sehr langsam auseinanderbewegen. Andernfalls würden ständig neue Risse mit vielen kleinen Quellen entstehen, sodass sich nirgends Sulfide in größerer Menge anreichern können. Hochrechnungen zeigen, dass 86 Prozent aller Massivsulfidvorkommen an Bruchstellen auftreten, an denen Platten mit einer geringen Geschwindigkeit von maximal 4 Zentimetern pro Jahr auseinanderdriften. An Bruchstellen, an denen die Platten mit einer Geschwindigkeit von 4 bis 8 Zentimetern pro Jahr auseinanderdriften, finden sich nur 12 Prozent der Massivsulfidvorkommen. Zudem sind diese meist kleiner. An Bruchstellen mit noch schneller auseinanderdriftenden Platten (mehr als 8 Zentimeter pro Jahr) gibt es nur wenige Massivsulfidvorkommen.
  • Die Hydrothermalquelle ist von Sedimenten bedeckt, in denen sich die von unten aus dem Untergrund aufsteigenden Sulfide anreichern. In diesem Fall bilden sich die feinen Sulfidpartikel, wenn das heiße Hydrothermalwasser mit dem kühleren Wasser in den Poren des Sediments reagiert. Da die Sulfide anders als bei den Rauchern nicht durch die Wasserströmung verteilt werden, können sich in solchen Sedimenten Metalle stark anreichern. Allerdings sind nur wenige solcher Lagerstätten bekannt.

Edler als Knollen und Krusten

Verglichen mit den vielen Milliarden Tonnen Manganknollen und Kobaltkrusten, sind die geschätzten Mengen an Massivsulfiden mit insgesamt einigen Hundert Millionen Tonnen deutlich kleiner. Allerdings ist die Schätzung der Gesamtmenge ausge­sprochen schwierig, weil man bis heute erst einen Bruchteil der Gesamt­vorkommen entdeckt hat. Hinzu kommt, dass vermutlich nicht alle der geschätzten 500 bis 1000 großen Vorkommen wertvolle Metalle liefern werden. Die Massivsulfidvorkommen des Ostpazifischen Rückens und teilweise auch des Mittel­atlantischen Rückens etwa enthalten vor allem Eisensulfid, das keinen ökonomischen Wert hat. Ein Beispiel für wirtschaftlich interessante Massivsulfide sind die Vorkommen in der Bismarcksee östlich von Papua-Neuguinea. Diese weisen hohe Gehalte an Kupfer und Zink auf. Auch die Gehalte an Gold und Silber sind beachtlich. Die Konzentration von Gold liegt hier in manchen Vorkommen bei rund 15 Gramm pro Tonne. Das ist etwa 3-mal so viel wie in typischen Landlagerstätten. Der Silbergehalt liegt in vielen Fällen zwischen 100 und 300 Gramm pro Tonne, wobei Spitzenwerte mit sogar 642 Gramm pro Tonne aus dem sogenannten Solwara-Feld in der westlichen Bismarcksee bekannt sind. Das ist deutlich mehr als bei den Manganknollen und den Kobaltkrusten, die Werte von nur etwa 1 Gramm Silber pro Tonne erreichen. An Land liegen die höchsten Gehalte übrigens bei 100 bis 160 Gramm Silber pro Tonne. Viele chemische Elemente sind in Massivsulfiden oft nur in relativ geringen Mengen enthalten, darunter Mangan, Bismut, Cadmium, Gallium, Germanium, Antimon, Tellur, Thallium und Indium. In manchen Lagerstätten aber, vor allem an Inselbogenvulkanen, können diese Elemente stärker konzentriert sein.
2.30 > Massivsulfide zeichnen sich vor allem durch hohe Gold- und Silbergehalte aus, die die der Manganknollen und Kobaltkrusten zum Teil deutlich übersteigen. Doch längst nicht jedes Massivsulfidvorkommen ist reich an Edelmetallen. Schon innerhalb einer Region, wie etwa im Manus-Becken bei Papua-Neuguinea, finden sich Massivsulfidvorkommen mit sehr unterschiedlichen Gold- und Silbergehalten.
Abb. 2.30 > Massivsulfide zeichnen sich vor allem durch hohe Gold- und Silbergehalte aus, die die der Manganknollen und Kobaltkrusten zum Teil deutlich übersteigen. Doch längst nicht jedes Massivsulfidvorkommen ist reich an Edelmetallen. Schon innerhalb einer Region, wie etwa im Manus-Becken bei Papua-Neuguinea, finden sich Massivsulfidvorkommen mit sehr unterschiedlichen Gold- und Silbergehalten.  © nach Hein & Petersen
Welche Metalle in welchen Konzentrationen in den Massivsulfiden abgelagert werden, hängt insbesondere von der Zusammensetzung des Gesteins unter den Hydro­thermal­quellen und von der Temperatur des austretenden Wassers ab. So schwanken die Gehalte nicht nur von Region zu Region, sondern sogar innerhalb eines Massivsulfid­vorkommens oder eines einzelnen Schwarzen Rauchers. Das liegt daran, dass die Temperatur mit zunehmender Entfernung von der Hydrothermalquelle sinkt. Mineralien, die reich an Kupfer sind, bilden sich oftmals im Kern der Raucher. In der Außenzone der porösen Raucher wird das heiße Fluid mit dem kalten Meerwasser ver­mischt, und es setzen sich Mineralien mit anderen Metallen ab – beispielsweise Pyrit, Sphalerit oder Markasit, die reich an Eisen und Zink sind. Diese Zonierung liegt auch im größeren Maßstab vor: Am Rand der Massivsulfidvorkommen finden sich Raucher mit geringeren Austrittstemperaturen, aus denen wiederum andere Mineralien freigesetzt werden. Da bei Expeditionen in der Vergangenheit häufig nur an den Kaminen selbst Massivsulfidproben genommen wurden, ist bisher kaum bekannt, wie die Metalle innerhalb eines Vorkommens verteilt sind. Die Zusammensetzung der Massivsulfide ändert sich aber nicht nur mit der Entfernung von der heißen Quelle, sondern auch mit der Tiefe, und es gibt dazu bisher nur wenige Daten. Denn längst nicht auf jeder Expedition und auf jedem Forschungsschiff stehen spezielle Bohrgeräte für die Probennahme zur Verfügung. Um einschätzen zu können, wie lohnend ein Vorkommen und wie hoch der Metallgehalt ist, sind künftig viele weitere Bohrungen nötig.

Abb. 2.31 > An Schwarzen Rauchern tritt Wasser mit Temperaturen von bis zu 380 Grad Celsius aus. Es enthält Sulfide, eine bestimmte Art von Schwefelverbindungen, die das Wasser dunkel färben. ©  MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen

2.31 > An Schwarzen Rauchern tritt Wasser mit Temperaturen von bis zu 380 Grad Celsius aus. Es enthält Sulfide, eine bestimmte Art von Schwefelverbindungen, die das Wasser dunkel färben.

Startschuss in der Südsee?

Wie die Kobaltkrustenvorkommen liegen bedeutende Massivsulfidvorkommen nicht nur 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) befinden, sondern die jeweilige lokale Regierung. Sehr weit fortgeschritten sind die Pläne für einen Abbau in der Bismarcksee vor Papua-Neuguinea. Die Regierung dort kooperiert mit einem kanadischen Unternehmen, an dem wiederum große Rohstoffkonzerne aus Kanada, Russland und Südafrika beteiligt sind. Wegen eines Schiedsverfahrens über die Zahlung von Projekt­kosten lagen die Pläne zwischenzeitlich auf Eis. Erst im Oktober 2013 konnte ein Schlichter eine Einigung herbeiführen. Derzeit sieht es so aus, dass im Frühjahr 2014 einer Werft der Zuschlag für den Bau eines Spezialschiffs für den Massivsulfidabbau erteilt werden soll. Die Raupenfahrzeuge für die Arbeit am Meeresboden werden bereits gebaut. Künftig sollen 3 bis 300 Tonnen schwere Fahrzeuge zum Einsatz kommen: eine große und eine kleine Gesteinsfräse sowie ein Sammelgerät, das die abgetragenen Massivsulfidbrocken aufnimmt. Wie der Hersteller betont, sind die technischen Herausforderungen durchaus zu meistern. So produziert das Unternehmen bereits seit vielen Jahren schwere Raupenfahrzeuge, sogenannte Grabenfräsen, für die Verlegung von Unterwasserkabeln, die zum Teil in noch tieferem Wasser eingesetzt werden. Das Gestein soll künftig vom Sammelgerät zu einem großen Behälter gepumpt werden, der zwischen Meeresboden und Schiff auf- und absteigt. Der Behälter soll am Meeresboden mit Massivsulfidbrocken befüllt, dann zum Schiff gezogen, geleert und anschließend wieder zum Meeresboden abgesenkt werden. Die Kooperationspartner gehen davon aus, dass der Abbau etwa 2016 beginnen könnte. >
2.32 > Vor Papua-Neuguinea soll der Abbau von Massivsulfiden 2016 beginnen. Das schwere Chassis der Gesteinsfräse, die dort am Meeresboden arbeiten soll, ist bereits fertig.
Abb. 2.32 > Vor Papua-Neuguinea soll der Abbau von Massivsulfiden 2016 beginnen. Das schwere Chassis der Gesteinsfräse, die dort am Meeresboden arbeiten soll, ist bereits fertig. © Mike Smith Photography/Nautilus Minerals
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