Tiefseebergbau: Sedimentfahne reicht weit über Abbauspuren hinaus

Bei einem Test zum Tiefseebergbau aufgewirbeltes Sediment wurde weit außerhalb der abgebauten Fahrspuren nachgewiesen und reichte deutlich über das unmittelbar gestörte Gebiet hinaus.

Diese Ausbreitung verändert die Einschätzung, in welchem Umfang Lebewesen in der Umgebung betroffen sein können, und setzt neue Grenzen dafür, welche Rückstände künftiger Meeresbodenbergbau hinterlassen darf.

Ausbreitung des Sediments beobachten

Die Erkenntnisse stammen aus einem kontrollierten Abbauversuch auf dem pazifischen Meeresboden. Ein Raupensammler wirbelte dabei Sediment entlang schmaler, in den Boden gezogener Bahnen auf.

Direkte Beobachtungen, die Iason-Zois Gazis vom GEOMAR dokumentierte, verfolgten die entstehende Trübewolke von den Fahrspuren hinaus in die umliegenden bodennahen Wasserschichten.

In unmittelbarer Nähe des Sammelfahrzeugs war die Wolke sehr dicht, bestand jedoch nur kurz. In wesentlich größerer Entfernung blieben schwache Veränderungen länger erkennbar, ehe sie allmählich verschwanden.

Diese ungleichmäßige Verteilung zeigt deutlich, wo sich Schäden konzentrieren könnten. Zugleich macht sie klar, dass die physikalischen Bedingungen vor Ort untersucht werden müssen, um die Reichweite der Sedimentfahne zu verstehen.

Warum Manganknollen begehrt sind

Unternehmen interessieren sich für den Tiefseeboden als Quelle für Nickel, Kobalt und Kupfer – Metalle, die unter anderem in Batterien und elektrischen Leitungen verwendet werden.

Diese Rohstoffe liegen häufig in Form polymetallischer Knollen vor. Dabei handelt es sich um metallreiche Gesteine, die entstehen, wenn sich gelöste Metalle über Millionen von Jahren langsam schichtweise ablagern.

Die Knollen befinden sich in Tiefen von etwa 10.000 bis 20.000 Fuß (3.050 bis 9.144 Meter); viele Vorkommen liegen im Pazifik.

Da ihr Wachstum Millionen Jahre benötigt, verändert die Entnahme von Knollen den Lebensraum am Meeresboden auf menschlichen Zeitskalen – noch bevor das Metall überhaupt die Küste erreicht.

So wirbelt Tiefseebergbau Sediment auf

Am 19. April 2021 arbeitete ein Raupensammler 41 Stunden lang in einer Tiefe von ungefähr 14.800 Fuß (4.511 Metern) in der Clarion-Clipperton-Zone.

Dieses Gebiet liegt zwischen Hawaii und Mittelamerika. Die Ketten des Fahrzeugs sowie Wasserstrahlen zum Anheben der Knollen brachten dort Sediment in Bewegung.

Während des Einsatzes legte das Gerät etwa 12,4 Meilen (20 Kilometer) zurück und störte rund 8,4 Acres (0,34 Quadratkilometer) Meeresboden. Zurück blieben deutlich sichtbare Fahrspuren.

Bei jeder Überfahrt wurden feine Partikel in das Bodenwasser eingemischt. Dadurch entstand eine Sedimentfahne, also eine Wolke aus im Wasser schwebendem Material vom Meeresboden.

Es entsteht eine dichte Strömung

Direkt hinter der Maschine bewegte sich der dichteste Teil der Sedimentfahne als niedrige, schnelle Schicht über den Meeresboden.

Dichter Schlamm und Wasser bildeten eine Schwerkraftströmung: einen sedimentreichen Strom, der dicht am Boden blieb und sich etwa 1.640 Fuß (500 Meter) hangabwärts bewegte.

Nach diesem Gefälle verschoben schwächere bodennahe Strömungen die verbliebene Fahne seitlich und verteilten sie weiter über die umgebende Ebene.

Lokale Hangneigungen und Strömungen beeinflussen damit ebenso stark wie das Maschinendesign, an welchen Stellen sich das Sediment letztlich absetzt.

Grenzen der Sedimentfahne verfolgen

In der Nähe der Abbauspuren stiegen die Partikelwerte stark an. Messgeräte registrierten einen kurzen Ausschlag, der die natürlichen Bedingungen deutlich übertraf.

An den nächstgelegenen Sensoren erreichten die Sedimentwerte etwa das 10.000-Fache der normalen Hintergrundbedingungen, bevor sie innerhalb von 14 Stunden wieder zurückgingen.

Der größte Teil der Fahne blieb innerhalb von ungefähr 16 Fuß (4,9 Metern) über dem Meeresboden. Dennoch waren schwache Veränderungen noch in etwa 2,8 Meilen (4,5 Kilometern) Entfernung messbar.

„Während sich der Hauptanteil des Sediments innerhalb weniger hundert Meter von der Quelle wieder ablagert, konnten wir kleine Veränderungen der Sedimentkonzentration noch bis zu 4,5 Kilometer entfernt nachweisen“, sagte Gazis.

Verklumpung beschleunigt das Absinken

Feines Sediment treibt nicht immer als einzelne Körner im Wasser. Das Team fand Hinweise darauf, dass sich Partikel rasch miteinander verbanden.

Dieser als Flockung bezeichnete Prozess tritt ein, wenn feine Partikel zu größeren, schneller sinkenden Flocken zusammenklumpen. Nahe der Quelle wird das Wasser dadurch früher wieder klarer.

Als die Klumpen absanken, entstand nahe der Fahrspuren des Sammelfahrzeugs eine dickere Ablagerungsschicht – besonders dort, wo der Meeresboden abfiel.

Schnelles Absinken verkürzt zwar die Zeit, in der Sediment in Schwebe bleibt, konzentriert das Risiko einer Überdeckung aber in der unmittelbaren Umgebung.

Eine neue Schicht über dem Leben

Hochauflösende Kartierungen zeigten, dass der Abbau nicht nur Knollen entfernt. Auch die oberste Sedimentschicht wird abgeschabt.

In den Abbauspuren gingen neben den Knollen etwa 2 Zoll (5 Zentimeter) Sediment verloren, während sich in der Nähe erneut abgelagertes Material bis zu ungefähr 1,2 Zoll (3 Zentimeter) hoch auftürmte.

Diese Decke kann am Meeresboden lebende Tiere begraben, ihre Wohnröhren auffüllen und Nahrungsaufnahmeorgane verstopfen. Gleichzeitig gelangen Sauerstoff und Nahrung langsamer weiter.

Eine Studie aus dem Jahr 2025 zu einer Spur am Meeresboden ergab, dass ökologische Folgen früherer Abbauversuche nach 44 Jahren noch immer bestanden.

Spuren detailliert vermessen

Mehrere Unterwasserroboter und Plattformen am Meeresboden ermöglichten den Forschenden einen detaillierten Blick auf die wandernde Sedimentfahne und die zurückbleibenden Spuren.

Kameras und Sonar kombinierten zahlreiche Aufnahmen zu photogrammetrischen Modellen – einer Softwaretechnik, die aus übereinstimmenden Fotos 3D-Karten erstellt – mit einer Auflösung von etwa 0,04 Zoll (0,1 Zentimetern).

Mithilfe dieser Karten konnte das Team abschätzen, wie viel Sediment verlagert wurde. Zudem machten sie Rippelstrukturen und Haufen sichtbar, die die Beschaffenheit des Meeresbodens veränderten.

Die Forschenden stießen außerdem auf eine Herausforderung, die auch künftige Bergbauprojekte bewältigen müssen: Die Verarbeitung riesiger Datensätze erfordert Zeit und erhebliche Rechenleistung.

Regeln für Tiefseebergbau entstehen noch

Die Internationale Meeresbodenbehörde (ISA) muss festlegen, unter welchen Bedingungen Bergbau in internationalen Gewässern stattfinden darf.

Dieser Auftrag ergibt sich aus dem Seerechtsübereinkommen der Vereinten Nationen, einem Vertrag, der Regeln für den globalen Ozean definiert.

Damit die ISA diese Aufgabe erfüllen kann, benötigt sie Überwachungsmethoden, die Sedimentfahnen und Wiederablagerungen erfassen und anschließend mit tatsächlichen Schäden in Verbindung bringen können.

Dieser einzelne Versuch kann keinen jahrelangen Abbau im industriellen Maßstab abbilden. Daher wird die ISA bei der Bewertung kumulativer Auswirkungen weiterhin mit Unsicherheiten konfrontiert sein.

Auswirkungen des Abbaus klarer eingeordnet

In ihrer Gesamtheit verknüpfen die Ergebnisse das Maschinendesign, die Form des Meeresbodens und die Wasserbewegung mit den Orten, an denen Sediment aufgewirbelt wird und wieder absinkt.

Bessere Vorschriften und fundiertere Entscheidungen zum Bergbau werden von weiteren überwachten Tests sowie eindeutigeren biologischen Grenzwerten für die Sedimentbelastung abhängen.

Bildnachweis: BRG.