Heiße Quellen & Massivsulfide

"Schwarze Raucher" im Südwest-Pazifik.
Blick in den Austrittskanal eines "Schwarzen Rauchers" aus dem PacManus Hydrothermalfeld (SW-Pazifik).
Gediegen Gold (hellgelb) verwachsen mit verschiedenen Sulfiden (Bildbreite etwa 250µm).
Broschüre über Massivsulfide - Rohstoffe aus der Tiefsee.
World Ocean Review 3 - Broschüre zu marinen Rohstoffen vom MARE Verlag und dem Excellence Cluster "The Future Ocean" in Kiel.

Der Zusammenhang zwischen Vulkanismus und dem Leben auf der Erde wird nirgends deutlicher als an den untermeerischen Spreizungszonen, der längsten Struktur unseres Planeten. Der bei weitem größte Teil der vulkanischen Aktivität der Erde findet entlang dieser 55.000 km langen Rücken statt, wo Magma aus dem Erdinnern aufsteigt und neue ozeanische Kruste bildet.

Die Entdeckung von heißen Quellen, Massivsulfiden und assoziierten Lebensgemeinschaften bei 21°N am Ostpazifischen Rücken im Jahre 1979 zeigte deutlich, dass die Bildung neuen Meeresbodens mit der Bildung metallischer Lagerstätten und der Entstehung von spektakulären Lebensgemeinschaften verknüpft ist.

Die Bildung dieser heißen Quellen beruht auf der Konvektion von Meerwasser durch die ozeanische Kruste. In der Tiefe erhitztes und durch chemische Reaktionen verändertes Meerwasser tritt dabei unter hohen Temperaturen (bis ca. 400°C) am Meeresboden aus. Die in diesen Lösungen enthaltenen Metalle fallen beim Kontakt mit dem kalten, sauerstoffreichen Meerwasser aus und bilden die schlotartigen Strukturen, die, in Anlehnung an Fabrikschornsteine als „Schwarze Raucher“ bezeichnet werden. 

Seit der Entdeckung 1979 wurden ~ 330 Sulfidvorkommen (siehe InterRidge Datenbank) in den Weltozeanen gefunden, von denen etwa 230 momentan hydrothermal aktiv sind. Frühe Untersuchungen haben sich auf schnell-spreizende mittelozeanische Rücken, z.B. im Ostpazifik, beschränkt, da hier Magmenkammern 1 bis 3 km unterhalb des Meeresbodens nachgewiesen werden konnten. In den letzten Jahren wurden jedoch eine Reihe von Vorkommen in tektonischen Milieus gefunden, in denen man solche Hydrothermalsysteme nicht erwartet hatte. Dazu gehören insbesondere die langsam-spreizenden mittelozeanischen Rücken im Atlantik, in der Arktis und im Indischen Ozean, in denen Gesteine des Erdmantels am Meeresboden anstehen, sowie flach-marine Inselbogenvulkane im West-Pazifik. 

Ziele: Die Untersuchung dieser Hydrothermalvorkommen bietet die Möglichkeit, Prozesse zu verstehen, die die Oberfläche der Erde gestalten und einen globalen Einfluss auf die Chemie des Meeres und die Entwicklung der ozeanischen Kruste haben. Darüber hinaus kann sie einen Beitrag zur Rohstoffsicherung leisten und uns eventuell helfen, die Entstehung des Lebens auf der Erde oder auf erdähnlichen Planeten zu verstehen. Unsere Arbeiten beschäftigen sich hauptsächlich mit der Genese und zeitlichen Entwicklung solcher Vorkommen. Weitere Untersuchungen befassen sich mit den Prozessen, die zu Bunt- und Edelmetallanreicherungen bzw. Zonierungen in solchen Vorkommen führen. 

Das Verständnis dieser Hydrothermalsysteme wird durch das Fehlen von Informationen aus der Tiefe erschwert. Es gibt nur wenige Vorkommen, die im Rahmen des Ocean Drilling Program (ODP, jetzt IODP) durch Bohrschiffe erbohrt worden sind. Aus diesem Grund setzen wir unter anderem verstärkt auf die Nutzung mobiler Bohrplattformen, die Informationen aus dem Untergrund (5-15 m) mit deutlich geringerem Aufwand zulassen.

Bisher sind weniger als 10 % des Meersboden detailliert untersucht und die Überraschungen der letzten Jahre zeigen, dass es noch viel Unbekanntes in den Ozeanen („Inner Space“) zu entdecken gibt. Neue Techniken wie ferngesteuerte Roboter (ROV’s), autonome Unterwasserfahrzeuge (AUV’s), mobile Bohrplattformen und Langzeitobservatorien werden unser Verständnis zur Entstehung und insbesondere zur zeitlichen Entwicklung dieser Hydrothermalsysteme deutlich verbessern und dienen einem besseren Gesamtverständnis des Systems Erde.

 

Rohstoffe

Die Sulfidablagerungen führen zum Teil erhebliche Gehalte an Kupfer und Zink sowie, je nach Typ des Vorkommens, auch hohe Konzentrationen an den Edelmetallen Gold und Silber und sind damit eventuell für die Rohstoffversorgung der Zukunft interessant. Trotz z.T. recht hoher Tonnagen in einzelnen Vorkommen repräsentiert das vorhandene Probenmaterial aus etwa 100 Vorkommen bisher jedoch nicht mehr als ein paar hundert Tonnen Material.

Basierend auf den vorhandenen Daten und dem Fehlen von Informationen über die Tiefenerstreckung der Mineralisationen erscheint es im Moment verfrüht, von einer wirtschaftlichen Bedeutung dieser Vorkommen auszugehen. Publizierte geochemische Analysen zeigen aber, dass die Metallgehalte denen von Lagerstätten an Land entsprechen oder auch deutlich höher sind. Letzteres liegt aber zum Teil an der nicht repräsentativen Probenahme durch Tauchboote und Roboter. Eine ganze Reihe dieser Vorkommen, meist in geringer Wassertiefe, ist durch hohe Konzentrationen an Schwermetallen wie z.B. Blei, Arsen, Antimon und Quecksilber in hohem Maße geogen belastet. Der Einfluss der freigesetzten Metalle auf die Umwelt (z.B. Fischereigründe) ist bisher kaum erforscht.

  

Projekte

EU-FP7-Projekt "Blue Mining" (2014-2018)

Flachbohrungen in Hydrothermalsysteme des Tyrrhenischen Meeres (Palindrill

Die dritte Dimension des an ultramafische Gesteine gebundenen Logatchev Hydrothermalfeldes: Bildung und Entwicklung sowie Wegsamkeiten unterhalb des Meeresbodens (Logdrill)

Detailuntersuchung der magmatisch-hydrothermalen Goldvererzung des Conical Seamount (Papua-Neuguinea) mit Flachbohrungen (Condrill)