Forscher des United States Geological Survey haben entdeckt, dass bestimmte Tiefseemineralien bei der Bergung spontan in Flammen aufgehen können. Während einer Expedition im Jahr 2022 im Escanaba Trough fingen zwei Erzproben im Labor Feuer und erreichten Temperaturen von über 100 Grad Celsius, was neue Sicherheitsrisiken für den geplanten Bergbau auf dem Meeresgrund aufwirft.
Die Aussicht auf wertvolle Metalle am Meeresgrund lockt Erkunder seit Jahren in die Tiefen der Ozeane. Doch Wissenschaftler stoßen im Zuge dieser Vorbereitungen auf völlig unerwartete Gefahren. Der United States Geological Survey warnt davor, dass bestimmte Ablagerungen unter Laborbedingungen selbstständig Feuer fangen können. Das Phänomen betrifft sulfidische Gesteine, die bei der Aufbereitung an Land extrem instabil reagieren.
Das unvorhergesehene Feuer im Labor des US Geological Survey
Im Jahr 2022 barg ein ferngesteuertes Fahrzeug hydrothermale Gesteinsproben aus dem Escanaba Trough, der in der ausschließlichen Wirtschaftszone der Vereinigten Staaten vor der Küste von Oregon und Kalifornien liegt. An der Untersuchung waren neben dem US Geological Survey auch das Bureau of Ocean Energy Management und die National Oceanic and Atmospheric Administration beteiligt. Insgesamt entnahmen die Forscher 57 Proben aus vier Regionen des Trogs, in denen hydrothermal aktive Quellen reiche Vorkommen an Kupfer, Zink und Eisen gebildet haben.
Why Some Deep-Sea Rocks Caught Fire in a Lab With No Flame
Als die Wissenschaftler das Material im Labor gefriertrockneten und zerkleinerten, kam es zu dem gefährlichen Zwischenfall. Zwei der Metall-Sulfid-Proben entzündeten sich spontan. Die exotherme Reaktion trieb die Temperaturen auf über 100 Grad Celsius und oxidierte das ursprüngliche Material vollständig. Die Erkenntnisse wurden in Scientific Reports veröffentlicht.
Nanokristalliner Markasit als Auslöser der spontanen Verbrennung
Um die Ursache für das unerwartete Verhalten zu ergründen, untersuchten die Forscher die mineralogischen und chemischen Eigenschaften der Proben. Teer und Erdöl, die in stark sedimentierten Tiefseebereichen gelegentlich vorkommen und zur Selbsterwärmung neigen können, schieden als Auslöser aus. Stattdessen zeigte sich, dass die betroffenen Gesteine überwiegend aus nanokristallinem Markasit bestanden.
Dabei handelt es sich um eine Form von Eisensulfid, die in Gegenwart von Sauerstoff besonders instabil ist. Mechanische Kräfte wie das Brechen, Mahlen und Zerkleinern liefern gemeinsam mit zugeführtem Sauerstoff die nötige Energie, um die Oxidation in Gang zu setzen. Die Forscher analysierten das thermische Verhalten mit Hilfe thermogravimetrischer Techniken und thermodynamischer Berechnungen, um die bei der Oxidation freigesetzte Wärmemenge zu bestimmen.
Warum Tiefseesulfide andere Sicherheitsvorkehrungen als Landlagerstätten erfordern
Vulkanogenartige Sulfidlagerstätten werden in einigen Regionen der Welt bereits an Land abgebaut, wo früherer Meeresboden freigelegt wurde. Doch die neuen Daten zeigen, dass sich das Material aus der Tiefsee grundlegend von vergleichbaren terrestrischen Lagerstätten unterscheidet. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Tiefseeproben lassen darauf schließen, dass bewährte Sicherheitskonzepte für den Bergbau an Land nicht direkt auf marine Mineralien übertragen werden können.
Der United States Geological Survey erklärte laut Yahoo: „Wenn massiver Sulfidbergbau am Meeresboden stattfindet, würden Steine, die an die Oberfläche gebracht werden, Bedingungen erleben, die sich drastisch von denen auf dem Meeresboden unterscheiden, einschließlich der Aussetzung gegenüber Sauerstoff sowie Änderungen von Temperatur, Druck und Feuchtigkeit.
Diese drastischen Umweltveränderungen beeinflussen unmittelbar, wie stark Sulfidmineralien reagieren und welche Wärmemengen sie erzeugen. Die Behörden betonen jedoch, dass nicht jede Gesteinsformation am Meeresgrund zwangsläufig ein Brandrisiko darstellt. Dennoch verändern die Ergebnisse die Risikobewertung für den künftigen Rohstoffabbau.
Erkundungslizenzen der International Seabed Authority und anstehende Regulierungen
Die Entdeckung fällt in eine Phase, in der die International Seabed Authority bereits Erkundungsverträge für Sulfidminerale auf zwei großen Meeresrücken, dem Northern Mid-Atlantic Ridge und dem Southwest Indian Ridge, vergeben hat. Zwar hat der kommerzielle Abbau in diesen Gebieten noch nicht begonnen, doch die neuen Erkenntnisse über die Explosions- und Brandgefahr auf Schiffen verlangen nach strengeren Vorkehrungen.
Um solche Risiken zu minimieren, sprechen sich Wissenschaftler für spezielle technische Kontrollen und gezielte Risikobewertungen aus. Ob und wie der Tiefseebergbau angesichts dieser thermischen Gefahren weitergeführt wird, hängt maßgeblich davon ab, wie sich künftige Sicherheitsstandards an die besonderen Eigenschaften von seafloor massive sulfide deposits anpassen lassen.
Clara Vogt verantwortet das Ressort Technik und Wissenschaft. Sie schreibt ueber KI, Digitalisierung, Forschung und Innovation und uebersetzt komplexe Entwicklungen in klaren, belastbaren Journalismus.
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