Bestimmte sulfidhaltige Gesteine aus der Tiefsee können bei Kontakt mit Sauerstoff spontan erhitzen und sich entzünden. Eine Studie unter Leitung des United States Geological Survey zeigt, dass bei der Laborbearbeitung von Proben aus dem Escanaba-Trog Temperaturen von über 100 Grad Celsius auftraten und das Material vollständig oxidierte.
Die Erkundung von Meeresböden und hydrothermalen Quellen bringt unerwartete physikalische Reaktionen ans Licht. Wenn sulfidreiche Erze aus der Tiefsee an die Oberfläche geholt und dort zerkleinert werden, reagieren sie auf Bedingungen, die sich stark von ihrer natürlichen Umgebung unterscheiden laut dem United States Geological Survey. Eine wissenschaftliche Untersuchung widmet sich genau diesem Verhalten und beleuchtet die Risiken, die mit der mechanischen Aufbereitung solcher Materialien verbunden sein könnten.
Spontane Verbrennung im Labor beim Zerkleinern von Tiefseeproben
Im Mittelpunkt der Untersuchungen standen Gesteine aus dem Escanaba-Trog auf dem südlichen Gorda Ridge vor der US-Westküste. Wissenschaftler analysierten insgesamt 57 Gesteinsproben aus vier Bereichen des Seegebiets, von denen 41 überwiegend Metallsulfide enthielten. Während der Laborbearbeitung gerieten zwei dieser Proben plötzlich in Brand.
Dabei kletterten die Temperaturen über die Marke von 100 Grad Celsius, und das ursprüngliche Gesteinsmaterial oxidierte vollständig. Die übrigen 39 sulfidhaltigen Proben aus demselben Projekt zeigten bei vergleichbarer Handhabung keine Entzündung. Die beteiligten Stellen betonen daher, dass sich aus den beiden dokumentierten Vorfällen nicht ableiten lässt, wie häufig ein solches Ereignis bei einer industriellen Großförderung tatsächlich auftreten würde. Drei zusätzlich untersuchte Sedimentproben mit hohem Kohlenwasserstoffgehalt zeigten bei ergänzenden Wärmeversuchen keine Selbsterhitzung, weshalb die Studienautoren davon ausgehen, dass vor allem die Mineralstruktur und ihre Oxidation für die beobachteten Brände verantwortlich waren.
Nanokristalline Struktur und chemische Instabilität der Mineralien
Die mikroskopische Analyse lieferte eine Erklärung für das ungewöhnliche thermische Verhalten. Die brennenden Proben bestanden überwiegend aus Markasit, einer speziellen Form von Eisensulfid, das im Laufe geologischer Prozesse älteres Pyrrhotin ersetzt hatte.
Diese Beschaffenheit vergrößert die aktive Oberfläche der Mineralien massiv und bietet Sauerstoff zahlreiche Angriffsflächen. Bei der Oxidation von Eisensulfiden wird physikalisch bedingt Wärme frei, wobei thermodynamische Analysen zeigen, dass diese Oxidation besonders exotherm verläuft, wenn Sauerstoff als Oxidationsmittel dient, wie es in Seewasser oder Luft der Fall ist. Das mechanische Zerkleinern der Proben stößt diese chemische Reaktion an und legt kontinuierlich neue Reaktionsflächen frei.
