Manganknolle

Angewandte Wissenschaft

Der Schatz am Tiefseegrund

Manganknollen im Zentrum von Wissenschaft und Wirtschaft


Manganknollen stellen am Grund unserer Ozeane einen undenkbar wertvollen Schatz dar. Reich an wertvollen Rohstoffen wie Nickel, Cobalt und Mangan sind die kleinen Klumpen zu Zeiten der Digitalisierung und Urbanisierung besonders interessant für die Industrie. Doch auch für das Leben auf dem Tiefseegrund sind die Knollen lebensentscheidend. Ein unkontrollierter Abbau dieser würde, während wir davon profitieren, zu fatale Folgen für die Biodiversität in unseren Ozeantiefen führen. 

Was genau sind Manganknollen?

Bei Manganknollen handelt es sich um pechschwarze, circa kartoffelgroße Agglomerate (Gesteinsstücke). Sie kommen dabei besonders häufig in der sogenannten „Clarion-Clipperton-Zone“ am Meeresboden vor. Diese liegt im zentralen Pazifik in über 4000 Meter Wassertiefe. Sie entstehen in einem Zeitraum von Millionen von Jahren. In der Regel fangen sie ganz klein an, in Form eines Keims, Muschelsplitters oder Haifischzahns. Hier dran lagern sich über die Zeit hinweg im Meerwasser gelöste Metalle, wie zum Beispiel Manganoxiden, Eisenoxid. Aber auch andere wertvolle Elemente wie Kobalt, Nickel, Gold, Indium, Germanium und natürlich Mangan. 

Meeresschätze in der Tiefe

Aufgrund des hohen Anteils dieser Metalle sind Manganknollen von großer Bedeutung für unsere Industrie. Die Metalle werden für eine Vielzahl von alltäglichen Dingen aus unserem Leben gebraucht, wie zum Beispiel Smartphones und Tablets. Da durch die Digitalisierung unserer Welt die Nachfrage an elektronischen Geräten kontinuierlich steigt, steigt gleichzeitig auch weiter die Nachfrage für die dafür benötigten mineralischen Ressourcen. Es ist also nicht verwunderlich, dass sich nun auch in der Tiefsee nach Quellen umgesehen wird.

Korallen
Ein Manganfeld mit einer angesiedelten Koralle(?).

Manganknollen als essenzieller Lebensraum

Doch nicht nur für uns spielen Manganknollen eine wichtige Rolle. Sie sind wahre ‚Hotspots‘ für die Tiefwasserfauna und stellen einen essenziellen Lebensraum für das marine Ökosystem dar. Da die Manganknolle Millionen von Jahre benötigt, um sich auszuformen, ist auch die Fauna rund um die Tiefseemineralien an sehr gleichförmige Lebensbedingungen angepasst. Schon kleinste Veränderungen und Eingriffe können erhebliche Folgen für die umgebende Fauna bedeuten. Manganknollenfelder fungieren als Lebensraum für verschiedenste Organismen, wie Seegurken, Seeigel und Seesterne. Bei letzterem haben Forscher*innen erst vor Kurzem eine bisher unbekannte Vielfalt von Schlangensternen entdeckt. Aber auch auf den Knollen selbst leben Korallen, Schwämme, Moostierchen und Anemonen, sowie mikroskopische Fadenwürmer, Krebse und Einzeller. 

Vorkommen in internationalen Gewässern

Die Knollen liegen hauptsächlich außerhalb der definierten Wirtschaftzonen der meisten Länder. Dadurch liegen sie in Meeresgebieten jenseits nationaler Gerichtsbarkeit (Areas beyond national jurisdiction, ABNJ), und kein einzelner Staat kann über ihren Abbau bestimmen. Dabei handelt es sich um Gebiete, die rund 95% des gesamten Ozeanvolumens umfassen. Zum Schutz der Tiefsee und zur Ermöglichung von Kontrolle wurde 1982 die Internationale Seebodenbehörde (ISA) gegründet. Die ISA regelt alle Anliegen in Bezug auf den Tiefseebergbau in internationalen Gewässern. Sie vergibt auch Lizenzen für Gebiete zur Erforschung von potenziellen Manganknollenabbauen in der Clarion-Clipperton-Zone und im zentralindischen Tiefseebecken.

Probleme des Tiefseebergbaus

So nützlich ein Abbau von Manganknollen für unsere Industrie wäre, so kommt ein Tiefseebergbau mit erheblichen und schwerwiegenden Konsequenzen für die Biodiversität und das Ökosystem der Tiefsee. Da dieser Teil unserer Ozean noch weitestgehend unerforscht ist, und somit über 90% der Arten nicht beschrieben sind, beschäftigen sich Forscher*innen intensiv mit der Erkundung der Lebensstrukturen in der Tiefsee. Beispielsweise arbeiten am Deutschen Zentrum für Marine Biodiversitätsforschung momentan mehrere Wissenschaftler an diesem Thema, unter anderen in den Projekten JPIOceans und MANGAN. Denn bevor das Ökosystem gestört und womöglich zerstört wird, müssen wir wissen wie das Leben in der Tiefsee funktioniert. Nur so ist es auch möglich Schutzkonzepte und nachhaltige Lösungen zu finden.

Untersuchungen in Testgebieten

In den letzten Jahren wurden bereits mehrere Lizenzen für Erforschung der Manganfelder und Simulation des Manganknollenabbaus verteilt, um Folgen für die Tiefseefauna abschätzen zu können. Während sich die Simulationen in Zeit, Ort und Art unterschieden, waren die Ergebnisse gleich: der Tiefseebergbau hinterlässt tiefe Narben.

Simulationen des Manganknollenabbaus

In der im Jahre 1989 beginnenden Versuchsreihe im südöstlichen Pazifik wurden beispielsweise 22% eines 10,8 Quadratkilometer großen Manganknollenfeldes mit schweren Geräten umgepflügt. Daraufhin wurde das Areal 1 Monat, 6 Monate, und dann 3, 7, und 26 Jahre nach der Störung untersucht. Die Ergebnisse waren verheerend, sogar noch 26 Jahre nach dem Experiment lag die Gesamtmasse von kalkbildenden Organismen  innerhalb des gestörten Bereichs 54% unterhalb der Masse außerhalb des Gebietes. Die filtrierende und suspensionsfressende Fauna hat es besonders hart getroffen. Hier gab es knapp 80% weniger Aktivität. Dadurch wurde ersichtlich, dass sich die Ökosysteme nur sehr langsam erholen. Fast 30 Jahre nach einer vergleichsweise geringen Störung ist gerade mal die Hälfte an Leben in das Gebiet zurückgekehrt.

Unterschiede in der Abwesenheit der Manganknollen

Prof. Dr. Pedro Martínez Arbizu untersuchte mit einem Wissenschaftler-Team aus Belgien, Frankreich und Portugal von März  bis April 2015 ebenfalls die Auswirkungen eines potenziellen Manganknollen-Abbaus auf die Artenvielfalt.  Dabei zeigten die Forscher*innen anhand von 17 Video-Transekten, dass Tiefseegebiete mit einer hohen Anzahl von Manganknollen mehr als doppelt so viele sichtbare Individuen aufzeigen, als Bereiche mit wenigen oder gar keinen Manganknollen. Sie stellten fest, dass in Manganknollengebieten durchschnittlich 25 Organismen auf 100 Quadratmetern Tiefseeboden leben, während es in manganknollenlosen Gebieten weniger als 10 Individuen sind.

Tiefsee Ausstellung Pressefoto
Abbildungen eines ROV (Remotely Operated Vehicle) das zum Anfahren und Untersuchen früherer Probenentnahmestellen verwendet wurde.
Pressefotos Tiefseebuch
Abbildung eines ROV (Remotely Operated Vehicle) das zum Anfahren und Untersuchen früherer Probenentnahmestellen verwendet wurde.

Konsequenzen des Tiefseebergbaus für die Tiefseefauna

So vielfältig die Tiefseefauna ist, so unterschiedlich sind auch die Ursachen des Artenverlustes aufgrund des Tiefseebergbaus. Korallen und Schwämme sind durch einen potenziellen Abbau betroffen, da sie den harten Untergrund der Knollen als Lebensraum benötigen. Auf dem weichen Sediment ohne Manganknollen in der umliegenden Tiefsee finden sie keinen Halt. Aber auch die Technikalität eines Abbaus fügt erhebliche Schäden zu. So wirbeln die Fahrzeuge, die am Meeresgrund entlangfahren das Sediment auf. Diese ‚Staubwolken‘ können durch die Strömung hunderte Kilometer weit verbreitet werden. Wenn es sich dann irgendwo niederlegt wird dort alles darunter begraben.

Wissen und Verständnis als Schlüssel zum Schutz

Senckenberg-Wissenschaftlerin Angelika Brandt hat gemeinsam mit internationalen Wissenschaftler*innen eine Bestandsaufnahme der Kenntnisse und Diskussionen zu Meeresgebieten jenseits der nationalen Gerichtsbarkeit im Fachjournal „Frontiers in Marine Science“ veröffentlicht, um den Schutz der Hochsee-Gebiete zu fördern. Darin plädieren sie für eine global geltende Verpflichtung zu bewährten Probenahme-Verfahren sowie einen verbesserten Zugang zu gesammelten Probenmaterial aus der Tiefsee zu Forschungszwecken. Diese Proben seien ein Schlüssel zum Verständnis  der Tiefsee-Ökosysteme, wodurch das Erarbeiten von sinnvollen Schutzmaßnahmen ermöglicht wird. Außerdem plädieren Brandt und ihre Kolleg*innen für weitere Forschungen und Naturschutzmaßnahmen. Für das bessere Verständnis der Tiefsee haben Hanieh Saeedi und Angelika Brandt zusammen mit rund 40 internationalen Forschenden eine Bestandsaufnahme der Tiefsee-Lebewesen des Nordwest-Pazifik veröffentlicht. Der Atlas soll ebenfalls dieses bisher kaum erforschte Ökosystem und die Dienstleistungen, die es bereitstellt, zugänglicher machen, um es besser verstehen und schützen zu können.

Verbreitungsmodelle zur Errichtung von Schutzzonen für die Tiefseearten

Forscher*innen von Senckenberg am Meer und der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) haben eine neue Methode entwickelt, mit der Schutzzonen für die Tiefseefauna in der Clarion Clipperton Bruchzone eingerichtet werden sollen. In dem neuen Verfahren wurden Verbreitungsmodelle des Vorkommens der Meiofauna im deutschen Explorationsgebiet der Tiefseezone mit dem „random forest“-Algorithmus berechnet. Mit einer Clusteranalyse konnten aus diesen Verbreitungsmodellen, der Bathymetrie des Meeresbodens und der modellierten Manganknollenbedeckung ähnliche Gebiete innerhalb des Explorationsgebiets gefunden werden. Diese Methode ermöglicht es demnach, die Position von Schutzgebieten anhand von objektiven Faktoren auszuwählen und ist nicht mehr darauf angewiesen, auf persönliche Empfehlungen von Expert*innen warten zu müssen. Eine im Fachjournal „Journal of Applied Ecology“ erschienen Studie des Teams zeigte, dass bei rechtzeitiger Einrichtung von Schutzgebieten die Tiefseearten zerstörte Gebiete wiederbesiedeln können.

Infobroschüre zu den mineralischen Ressourcen der Tiefsee.

Projekte, die unseren Forscher*innen am Herzen liegen

  • MARSAMM-Projekt Historische Sammlungen mariner Organismen – ein Fenster in die Anfänge von Global Change in Nord- und Ostsee
  • SponGES, Spongedeep: internationale Forschungsprojekte zu Umwelt- und Schutzaspekten zu Tiefsee und Schwamm-Tiefseeriffen

Publikationen und weitere Informationen

Publikationen

Saeedi, H., Brandt, A. (Ed.), (2020): Biogeographic Atlas of the Deep NW Pacific Fauna.
doi: 10.3897/ab.e51315.
https://ab.pensoft.net/book/51315/

Brandt, A., Alalykina, I., Brix, S., Brenke, N., Błażewicz, M., Golovan, O., Heitland, N., Hrinko, A.M., Jażdżewska, A.M., Jeskulke, K., Kamenev, G., Lavrenteva, A., Malyutina, M., Riehl, T., Lins, L. (2019): c 176 (2019), pp 1-10102131; https://doi.org/10.1016/j.pocean.2019.102131. 

Uhlenkott K, Vink A, Kuhn T, Martínez Arbizu P: Predicting meiofauna abundance to define preservation and impact zones in a deep-sea mining context using random forest modelling. Journal of Applied Ecology. doi: 10.1111/1365-2664.13621  
https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/1365-2664.13621                                                                   

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