Das Manganknollen-Ökosystem der Clarion-Clipperton-Zone. Photo: ROV-Team / GEOMAR

Das Manganknollen-Ökosystem der Clarion-Clipperton-Zone. Photo: ROV-Team / GEOMAR

Vom ROV-Container verfolgen die Wissenschaftlerinnnen und Wissenschaftler den Einsatz des ROV KIEL 6000. Photo: Peter Linke / GEOMAR

Vom ROV-Container verfolgen die Wissenschaftlerinnnen und Wissenschaftler den Einsatz des ROV KIEL 6000. Photo: Peter Linke / GEOMAR

Karte der Explorationsgebiete in der Clarion-Clipperton-Zone (grün) mit den von der ISA festgelegten neun Schutzgebiete (grün umrandete Quadrate) sowie den Grenzen der Ausschließlichen Wirtschafts­zonen (weiße Linien). Karte: Sven Petersen / GEOMAR

Karte der Explorationsgebiete in der Clarion-Clipperton-Zone (grün) mit den von der ISA festgelegten neun Schutzgebiete (grün umrandete Quadrate) sowie den Grenzen der Ausschließlichen Wirtschafts­zonen (weiße Linien). Karte: Sven Petersen / GEOMAR

Karte der Wasserwirbel (Stand 1. April). Die Punkte zeigen den Mittelpunkt eines Eddy, der auf das östliche deutsche Lizenzgebiet zusteuert. Abbildung: Timm Schoening / GEOMAR

Karte der Wasserwirbel (Stand 1. April). Die Punkte zeigen den Mittelpunkt eines Eddy, der auf das östliche deutsche Lizenzgebiet zusteuert. Abbildung: Timm Schoening / GEOMAR

Hochauflösende Sensoren zur Messung der Trübung (links) und Strömungsgeschwindigkeit (rechts). Um die räumliche Ausbreitung der suspendierten Sedimentwolke zu erfassen, wurden mit dem ROV am Meeresboden Plattformen mit Messgeräten positioniert. Foto: ROV-Team / GEOMAR

Hochauflösende Sensoren zur Messung der Trübung (links) und Strömungsgeschwindigkeit (rechts). Um die räumliche Ausbreitung der suspendierten Sedimentwolke zu erfassen, wurden mit dem ROV am Meeresboden Plattformen mit Messgeräten positioniert. Foto: ROV-Team / GEOMAR

Eine spezielle Tiefseekamera beobachtet den Manganknollen-Lebensraum (v.l.n.r.): Eine Tiefseekrabbe, ein Seestern und ein Schwamm auf Manganknollen. Foto: ROV-Team/ GEOMAR

Eine spezielle Tiefseekamera beobachtet den Manganknollen-Lebensraum (v.l.n.r.): Eine Tiefseekrabbe, ein Seestern und ein Schwamm auf Manganknollen. Foto: ROV-Team/ GEOMAR

Das ROV KIEL 6000 war eines der wichtigsten Arbeitsgeräte der Expedition. Alle Fotos unten: Julia Otte, AWI

Das ROV KIEL 6000 war eines der wichtigsten Arbeitsgeräte der Expedition. Alle Fotos unten: Julia Otte, AWI

Einer der beiden Fahrstuhl-Lander wird geborgen. Mit ihm können mehrere Sensoren und In Situ Experimente gleichzeitig zum Einsatzort des ROV am Meeresboden gebracht und nach Ende der Messung wieder auf das Schiff transportiert werden.

Einer der beiden Fahrstuhl-Lander wird geborgen. Mit ihm können mehrere Sensoren und In Situ Experimente gleichzeitig zum Einsatzort des ROV am Meeresboden gebracht und nach Ende der Messung wieder auf das Schiff transportiert werden.

Der Bottom-Boundary-Lander (BOBO) des NIOZ ist mit optischen und akustischen Sensoren ausgestattet, um Wassertrübung zu messen. Er gehörte zum Sensornetz, mit dem die Ausbreitung der aufgewirbelten Sedimentwolke vermessen wurde.

Der Bottom-Boundary-Lander (BOBO) des NIOZ ist mit optischen und akustischen Sensoren ausgestattet, um Wassertrübung zu messen. Er gehörte zum Sensornetz, mit dem die Ausbreitung der aufgewirbelten Sedimentwolke vermessen wurde.

2019 | 02 | GEOMAR News

Die Tiefe bleibt eine Herausforderung

Das europäische Forschungsprojekt MiningImpact untersucht Manganknollen-Ökosysteme im Zentralpazifik

Fast zwei Stunden sind vergangen, seit die leuchtend gelben Auftriebskörper des Tauchroboters ROV KIEL 6000 das letzte Mal an der Wasseroberfläche zu sehen waren. Mit seinen Propellern drückt sich das Gerät immer weiter Richtung Meeresboden. Der ist hier, etwa 2.800 Kilo­meter westlich von Mexiko, mehr als 4.000 Meter tief. Ein spezielles Stahl-ummanteltes Glasfaserhybridkabel dient der Strom- und Signalübertragung und verbindet den mit Kameras, Lampen, Greifarmen und Sensoren bestückten Roboter mit einem Steuercontainer auf dem deutschen Forschungsschiff ­SONNE. In ihm sitzen zwei Mitglieder des GEOMAR-­ROV-Teams und blicken konzentriert auf eine Reihe von Monitoren. Sie zeigen Daten, wie die Tiefe des Geräts, Bewegungsrichtungen und weitere wichtige Missions­parameter sowie Bilder von den Kameras des ROV.
Plötzlich ändert sich das bis dahin gleichförmige Bild auf den Monitoren. Im Licht der Lampen des ROV wird der Boden des Pazifiks sichtbar. Auf dem braunen Grund sind  im begrenzten Lichtkegel zahlreiche dunkle Punkte zu erkennen. „Manganknollen“, erklärt Dr. Matthias Haeckel, der den Piloten über die Schulter schaut. 

Dr. Haeckel ist der wissenschaftliche Fahrt­leiter der Expedition mit der offiziellen Bezeichnung SO268/2. Mit fast acht Wochen ist sie die bisher längste Fahrt, die die SONNE an einem Stück unternommen hat. Zusammen mit der vorangegangenen Expedition SO268/1 ist sie Teil der Arbeiten des europäischen Forschungsprojekts MiningImpact. Ziel der 64 Forscherinnen und Forscher, die insgesamt an beiden Fahrtabschnitten teilnehmen, ist es, die ökologischen Folgen von zukünftigem Tiefseebergbau auf die Manganknollenhabitate abzuschätzen. Dazu sind sie mit der SONNE in die Clarion-Clipperton-Zone (CCZ) zwischen Mexiko und Hawaii gefahren. In dieser Region liegen große Mengen der faustgroßen Metallerzbrocken auf dem Tiefseeboden. Sie werden international als mögliche Rohstoffquelle diskutiert. Da die CCZ weit ab von allen Küsten liegt, verwaltet hier die Internationale Meeresbodenbehörde (International Seabed Authority, ISA) die Meeresbodenschätze.

Deutschland und Belgien verfügen in der CCZ ebenso wie 13 weitere Staaten oder Konsortien über sogenannte Explorationslizenzen. Diese berechtigen zur Erkundung festgelegter Gebiete, verpflichten aber auch zu ökologischen Studien. 2021 laufen eine ganze Reihe von Lizenzen aus – auch die deutsche. „Theoretisch könnten die Lizenznehmer dann eine Abbaulizenz beantragen“, erklärt Dr. Haeckel. Um für diesen Fall gerüstet zu sein, erarbeitet die ISA aktuell einen sogenannten Mining Code. Dahinter verbirgt sich ein präzises Regelwerk für potenzielle Abbau­aktivitäten. Vor diesem Hintergrund ­finanzieren 11 europäische Länder im Rahmen der „Joint Programming Initiative of Healthy and Productive Seas and Oceans“ (JPI Oceans) seit 2015 das MiningImpact-Projekt. Geldgeber in Deutschland ist das Bundesforschungsministerium.

Die Idee, die staatliche Rohstoffagenturen und internationale Bergbaufirmen im Prinzip schon seit den 1970er Jahren verfolgen, ist die, mit großen, ferngesteuerten Sammelmaschinen über den Meeresboden zu fahren und die Knollen, wie Kartoffeln vom Acker, aufzulesen. Doch so simpel dies klingt, so komplex ist die technische Umsetzung. ­

„Wir reden von Wassertiefen größer als 4.000 Metern. Das ist immer eine Herausforderung“, betont Dr. Haeckel. Erste Tests in den 70er Jahren scheiterten relativ schnell. Auch heute, 40 Jahre Technologie­entwicklung später, sind Arbeiten in der Tiefsee keine Routine. Das mussten auch ­die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Expedition SO268 erfahren.

Ursprünglich war geplant, dass der erste Fahrtabschnitt SO268/1 unter Leitung von Dr. Peter Linke (GEOMAR) von Mitte Februar bis Ende März den Ist-Zustand des Meeresbodens in bestimmten Bereichen des deutschen und belgischen Lizenzgebietes dokumentiert. Im April wollte die belgische Firma DEME-GSR dann erstmals eine neu entwickelte Sammelmaschine, einen sogenannten Kollektor, in den Lizenzgebieten testen. Dieser Probelauf und seine Folgen sollten während des zweiten Fahrtabschnitts SO268/2 Ende März bis Ende Mai dokumentiert werden.

Doch DEME-GSR hat den Test wegen technischer Probleme kurzfristig verschieben müssen. „Daraufhin mussten wir auf unser Alternativprogramm zurückgreifen, das wir im Vorfeld ebenfalls grob entworfen hatten. So waren wir in der Lage, die wesent­lichen Projektfragestellungen ebenfalls zu bearbeiten, wenn auch auf  kleinerer Skala und natürlich nicht mit dem realistischen Eingriff, den der erste Test eines industriellen Kollektorprototypen hinterlassen hätte“, sagt Dr. Haeckel, der auch das gesamte Projekt MiningImpact koordiniert.

Eine der wichtigsten Fragen, die mit dem Abbau von Manganknollen im industriellen Maßstab verbunden ist: Wie groß sind die Sedimentwolken, die Kollektoren am Meeresboden aufwirbeln und wie weit verbreiten sie sich in der Tiefsee? Um das zu beantworten, hatte das internationale Team auf der SONNE 60 verschiedene Sensoren dabei, um Trübung und Sedimentkonzentration im Wasser zu messen. Da der Kollektor-Test als Ursache der Sedimentwolke ausfiel, improvisierte die Expedition. Die SONNE zog in einem eng begrenzten Bereich im deutschen Lizenz­gebiet einen Kettensack über den Meeresboden. „Der Effekt ist zwar viel kleiner als bei einem großen Raupenfahrzeug, aber er reicht, um die Dynamik einer solchen Wolke zu untersuchen“, erklärt Dr. Haeckel.

Gleichzeitig hatten die Forschenden Glück. Denn während der Expedition zog ein 200 Kilometer großer Wasserwirbel durch die östliche Clarion-Clipperton-Zone. Er hatte sich Monate vorher vor der mittelamerikanischen Küste gebildet. „Solche Wirbel, auch Eddies genannt, wirken sich bis in mehrere tausend Meter Tiefe aus und können so die Sediment­oberfläche beeinflussen. Wir konnten ihren Effekt also gleich mit beobachten“, sagt Dr. Haeckel.

Tiefsee-Hightech trifft Manganknollenhabitat

Das Sedimentwolken-Experiment war allerdings nur ein kleiner Teil des umfangreichen und alle Fächer der Meeresforschung umfassenden Arbeitsprogramms. Die Forscherinnen und Forscher haben während der insgesamt dreieinhalbmonatigen Expedition die Verteilung von Organismen auf, an, zwischen und unter den Manganknollen dokumentiert und dabei alle Größenklassen von Seegurken bis hin zu winzigen Mikroorganismen berücksichtigt. Zudem haben sie die benthischen Stoffumsätze bestimmt, die die Nährstoffgrundlage für das Ökosystem der Tiefsee bilden. Schon allein die Artenvielfalt auf dem Tiefseeboden beeindruckte auch erfahrene Tiefseeforscher. „Wir schätzen, dass zwei Drittel der gefundenen Arten neu für die Wissenschaft sind“, sagt Dr. Peter Linke. Bei den Untersuchungen kamen neben dem ROV KIEL 6000 ein geschlepptes Kamerasystem namens OFOS (Ocean Floor Observation System), vier verschiedene benthische Landersysteme (MoLab, zwei Elevatoren, BoBo), sowie das autonome Unterwasserfahrzeug ABYSS zum Einsatz. Außerdem nutzte das Team auf dem Meeresboden oder in der Wassersäule etliche physikalische, chemische, geologische oder biogeochemische Probenahmegeräte und Sensoren. „Was die wissenschaftliche Tiefseetechnik und -sensorik angeht, war auf dieser Fahrt wirklich alles vertreten, was die Europäischen Institute derzeit an Tiefseetechnik aufbieten können“, sagt Dr. Haeckel.

Aber auch dabei zeigte sich, dass die Tiefsee kein einfaches Arbeitsgebiet ist. Immer wieder machten technische Probleme den erfahrenen Forschenden zu schaffen. So versagten zum Beispiel mehrfach sogenannte Releaser. Sie sollen auf ein akustisches ­Signal vom Schiff hin die Verbindung zwischen Ankergewichten und wissenschaftlichen Geräten trennen, damit die Geräte geborgen werden können. „Eigentlich ist das eine bewährte Technik, aber wie bei jeder Technik kann auch hier mal eine Störung auftreten. Nur dass wir in der Tiefsee nicht daneben stehen und schnell eingreifen können“, sagt Peter Linke, der am GEOMAR das Technik- und Logistikzentrum leitet. „Zum Glück hatten wir das ROV dabei, das wie verlängerte­ Arme in der Tiefsee fungieren kann. So konnten wir alle Geräte am Ende doch bergen und so die wertvollen Daten erhalten.“

Als die SONNE am 27. Mai in den Hafen von Vancouver einlief, ging für alle Beteiligten eine anstrengende, aber letztendlich erfolgreiche Fahrt zu Ende. „Die Erkenntnisse, die wir während der zwei Fahrtabschnitte gewonnen haben und die wir bei den folgenden Analysen noch gewinnen werden, stellen wir der Internationalen Meeresbodenbehörde zur Verfügung. Sie werden dann hoffentlich bei den Regeln des entstehenden Mining Codes berücksichtigt“, sagt Dr. Matthias Haeckel.

 

Tiefseebergbau Faktencheck


Wer entscheidet, ob Tiefseebergbau stattfinden darf?
Grundlage ist das internationale Seerechtsübereinkommen (United Nations Convention on the Law of the Sea, UNCLOS). Danach entscheiden Küstenstaaten in ihren Hoheits­gewässern und in ihren Ausschließlichen Wirtschaftszonen (meistens bis 200 Seemeilen vor der Küste) über entsprechende Aktivitäten. Jenseits davon ist die Internationale Meeresbodenbehörde ISA zuständig.

Werden aktuell schon Erze in der Tiefsee abgebaut?
Nein. Es gibt für den international verwalteten Meeresboden bisher nur Explorationslizenzen, die zur Erkundung und Forschung berechtigen, nicht zum Abbau. Papua-Neuguinea hat allerdings eine Abbaulizenz für ein Metallvorkommen in seiner Ausschließlichen Wirtschaftszone (200-Meilen-Zone) erteilt. Wegen technischer, finanzieller und rechtlicher Schwierigkeiten verschiebt sich der Start dieses Unternehmens aber seit Jahren (Stand: Juni 2019).

Warum wird überhaupt über Tiefseebergbau diskutiert?

Die Weltbevölkerung wächst und damit der Bedarf an Computern, Mobiltelefonen oder Stromleitungen. Dafür werden Metalle, wie Kupfer, ­Kobalt, Nickel, Zink, aber auch Lithium und Seltene Erden, benötigt. Bisher wurden sie nur aus einem Drittel der Erdoberfläche, den Kontinenten, gewonnen. Deshalb ist seit den 1970er Jahren im Gespräch, Erze in Zukunft auch aus dem Meer zu gewinnen.

Wie sehen Erzvorkommen in der Tiefsee aus?
Es gibt drei Arten von Erz-Lager­stätten am Meeresboden:
1) Manganknollen, die vor allem auf den großen Tiefseeebenen liegen. Über Jahrmillionen lagern sich Mineralien um einen Nukleus an und ­bilden so Blumenkohl- oder Diskus- bis Ball-förmige Metall­ansammlungen.
2) Massivsulfide. An heißen Quellen (Hydrothermalsysteme) waschen stark erhitzte Flüssigkeiten auf ihrem Weg durch das Erdinnere Minerale aus dem Gestein. Treten die Flüssigkeiten aus dem Meeresboden aus, lagern sich die Minerale ab.
3) Kobaltreiche Mangankrusten, die sich über Jahrmillionen an den Hängen von Unterwasservulkanen ansammeln.

Ist ein umweltschonender Abbau von Manganknollen in der Tiefsee möglich?
Bergbau bedeutet immer Zerstörung – an Land und im Meer. Mangan­knollen sind beispielsweise Lebensraum für viele, teilweise noch unbekannte Arten. Ein zerstörter Tiefseeboden bleibt für viele Jahrzehnte, wahrscheinlich mehrere Jahrhunderte bis Jahrtausende beeinträchtigt. Das zeigen unter ­anderem Ergebnisse von Mining­Impact Phase I. Sollte der Abbau von Manganknollen in naher Zukunft beginnen, wäre die Herausforderung, Schutzzonen so einzurichten, dass die Biodiversität und die Ökosystemfunktionen in der Tiefsee erhalten bleiben.

 


Folgende Institutionen waren an der Expedition SO268 beteiligt:
GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (Leitung)
Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung,
Bremerhaven | Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover
CIMA - Universidade do Algarve Campus de Gambelas (Portugal)
CIIMAR - Interdisciplinary Centre of Marine and Environmental Research (Portugal)
IFREMER- Institut Français de Recherche pour l‘Exploitation de la Mer (Frankreich)
IMAR - Institute of Marine Research (Portugal)
Jacobs Universität, Bremen
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen
NIOZ - Royal Netherlands Institute for Sea Research (Niederlande)
NIVA - Norwegian Institute for Water Research (Norwegen)
RBINS - Royal Belgian Institute of Natural Sciences (Belgien)
Senckenberg Gesellschaft - Deutsches Zentrum für Marine Biodiversitätsforschung Wilhelmshaven Universidade de Aveiro (Portugal)
Universität Gent (Belgien)
Polytechnic University of Marche (Italien)
Uni Research Bergen (Norwegen)
Universität Utrecht (Niederlande)

 

Das Forschungsprojekt MiningImpact 2: https://miningimpact.geomar.de/de/miningimpact-2

Expeditions-Blog: www.oceanblogs.org/eadsm