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LOGBUCH FS SONNE #6: Positive Überraschung

erstellt von eschick zuletzt verändert: 12.12.2013 12:07

Drei Tage lang hat das deutsche Forschungsschiff Sonne über dem Kairei-Hydrothermalfeld 1000 Seemeilen südöstlich von Mauritius verbracht. Inzwischen hat das Schiff bereits Kurs auf ein weiteres Hydrotermalfeld genommen. Zeit für eine Bilanz des ersten Fahrtabschnitts.

Fahrtleiter Uli Schwarz-Schampera an der Gesteinsäge. (Bild: Kroker)"Das Feld ist wesentlich größer als wir bisher dachten, ein 150 statt 80 Meter langes Oval, und es hat definitiv das Potential metallreich zu sein." Am Ende der drei Tage am Kairei-Feld zieht Fahrtleiter Uli Schwarz-Schampera von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) ein ausgesprochen positives Resümee. Aufgrund der Gesteinsproben sind hohe Gehalte an Kupfer und Zinn, Selen, Tellur und Gold zu erwarten. Der Geologe ging selbst an die Gesteinssäge und halbierte einige der Proben. Eine war ganz grün, denn sie bestand zu großen Teilen aus Kupfererz mit einem Kupferanteil von geschätzten 20 bis 30 Prozent. "Erstaunlicherweise gab es auch viel Gallium und Antimon, den Grund kennen wir noch nicht genau", so Schwarz-Schampera.

Auch über die Struktur herrscht jetzt Klarheit. Das Kairei-Feld liegt an einem relativ steil abfallenden Hang, die Schlote sind wie Stockwerke übereinander geschichtet. Werden sie zu groß oder durch Erdbeben am rund sechs bis acht Kilometer entfernten mittelozeanischen Rücken destabilisiert, brechen sie zusammen und ein wahrer Schuttregen rauscht den Hang hinab. Am Fuß des Feldes hat sich bereits ein großer Schuttfächer gebildet. Aus den Trümmern weiter oben wachsen dann neue Schlote empor. "Wir wissen jetzt ebenfalls, dass die Umgebung tektonisch geprägt ist und nicht vulkanisch", erläutert Schwarz-Schampera weiter. Das bedeutet, dass das Feld die nötige Energie für seine Aktivität von der etwas entfernten Spreizungszone erhält.

 

Ein fundamentaler Prozess

Kaum hat das ROV die Gesteinsproben an Bord gebracht, untersuchen Gibson und seine Kollegen sie schon. (Bild: Kroker)"Die Prozesse, die hydrothermale Felder bilden, müssen fundamental für die Entwicklung der Erde sein, denn man findet sie über die gesamte Evolution dieses Planeten von vor drei Milliarden Jahren bis heute", erklärt Professor Harold Gibson, Direktor des Zentrums für Erzexplorationsforschung an der kanadischen Laurentian University in Sudbury, Ontario. Gibson ist ein weltweit anerkannter Experte für Metallsulfide. Er nimmt an der Index-2013-Fahrt teil, um die Vorkommen an Land, die sich alle vor mindestens 1,5 Milliarden Jahren gebildet haben, mit den heutigen Hydrothermalfeldern in der Tiefsee zu vergleichen, die die Quelle zukünftiger Lagerstätten bilden. Für ihn ist jetzt schon klar: "Es gibt sehr viel mehr Gemeinsamkeiten als Unterschiede."

Zwei Dinge braucht man für einen hydrothermalen Kreislauf, dessen am Meeresboden sichtbares Zeichen die Schwarzen Raucher sind. "Meerwasser ist nötig, weil die Metalle erst mit Hilfe der Chlorionen transportfähig werden", so Gibson. Das Chlor stammt vom Salz im Meerwasser, das Wasser dringt über Klüfte, Risse und Spalten tief in das Krustengestein des Meeresbodens ein. Dort wird es erhitzt, denn als zweite notwendige Voraussetzung braucht man Energie, um den Kreislauf anzustoßen und in Gang zu halten. "Vulkanismus und die Prozesse an den mittelozeanischen Rücken liefern die nötige Energie im Übermaß", so Gibson. Für den Indischen Ozean interessieren sich sehr viele Staaten, die eine Zukunft im Massivsulfidbergbau wittern, weil hier die Energiezufuhr in genau der richtigen Dosis erfolgt. "Der Ozean spreizt sich regelmäßig, aber mit einer relativ geringen Geschwindigkeit von fünf Zentimeter pro Jahr", erklärt BGR-Forscher Uli Schwarz-Schampera. Das reicht, um die Erzbildung durch hydrothermale Prozesse in Gang zu halten, ist aber zu wenig für starke Magmaausbrüche, die diese Prozesse wieder abwürgen würden.

Unbeschreibliche Bilder sendet Kiel-6000 aus 2500 Metern Tiefe an die Wasseroberfläche. (Bild: Kroker)Erhitztes Seewasser beginnt die Gesteine des Untergrunds auszulaugen. "Eine Theorie ist, dass die Metallfracht aus den Gesteinen und Sedimenten stammt", erklärt Gibson, "eine andere besagt, dass das Magma selbst beim Kontakt mit Meerwasser Metalle abgibt, während es abkühlt und auskristallisiert." Der direkte Austausch mit dem aus dem Mantel stammenden Magma könnte erklären, warum manche dieser Massivsulfid-Vorkommen so reich an Gold und anderen Metallen ist. Ausfällen, also sich von den Chloridionen lösen und niederschlagen, muss die Metallfracht allerdings auch noch, sonst werden die kostbaren Ionen mit dem Wasserstrom weggetragen und verteilt. Sobald das stark erhitzte Fluid aus dem Meeresboden strömt, kommt es in Kontakt mit rund zwei Grad kaltem Ozeanwasser - und das reicht, damit die meisten Metalle ausfällen.

 

Auf den Untergrund kommt es an


Einige der halbierten Gesteinsproben vom Kairei-Riff im Indischen Ozean. (Bild: Kroker)Welche Metalle sich in den Erzen der Hydrothermalfeldern anreichern, hängt von der jeweiligen Quelle ab, die die Metallionen für die Fluide liefert. "Die Zusammensetzung der Magmen und der vulkanischen Gesteine ist das wichtigste Kriterium", erklärt Massivsulfid-Experte Harold Gibson. Die ursprünglichen mafischen Gesteine, wie sie in Vulkanen oder an den mittelozeanischen Rücken zutage treten, stellen mehr Kupfer als Zink bereit. Weiter entwickelte felsische Gesteine, wie die an Inselbögen, liefern weniger Kupfer als Zink und Blei. Auch der Gehalt an Edelmetallen und anderen begehrten Stoffen hängt von der konkreten Gesteinsumgebung ab. "Man findet selbst in großen Massivsulfidvorkommen, dass die Erzbildung nur an ein oder zwei Stellen unter genau den richtigen Umständen ablief, so dass sich Edelmetalle anreicherten", sagt Harold Gibson. Diese wenigen Stellen genau zu finden, ist die große Kunst der Exploratoren, an Land ebenso wie in der Tiefsee.

An Land gibt es gewaltige Vorkommen, die im Erdaltertum nach den gleichen Prinzipien entstanden. Der damalige Meeresboden ist durch tektonische Prozesse emporgehoben und Teil eines Kontinents geworden. Seinen Metallreichtum hat er bei diesem Prozess allerdings behalten. Eines dieser Vorkommen befindet sich nahe beim Universitätscampus von Sudbury, auf dem Harold Gibson tätig ist. "Die Kidd Creek Mine ist eines der größten Massivsulfid-Vorkommen, das wahrscheinlich mehr Metall enthält als jedes andere", so Gibson. Auf über 200 Millionen Tonnen Erz mit hohem Metallgehalt haben Experten das Vorkommen taxiert. Andere Vorkommen erreichen sogar Größen um die 500 Millionen Tonnen, weisen jedoch einen geringeren Metallgehalt auf.

Die grandiose Vielfalt des Lebens an einem Black Smoker senden die Kameras des Geomar-ROV live an Bord der Sonne. (Bild: Kroker)Verglichen damit sind die heutigen Hydrothermalfelder zwergenhaft klein, doch sie treten in Gruppen auf, so dass sich ein Abbau durchaus lohnen kann. "Viele der größeren Vorkommen erreichen fünf Millionen und mehr Tonnen", so Gibson, "was an Land schon ausreicht, um als abbauwürdig zu gelten." Das größte unter den sich derzeit bildenden Tiefsee-Vorkommen ist das Rote Meer, weil sich hier der ostafrikanische Graben fortsetzt und immer weiter aufreißt. In einigen Millionen Jahren wird zwischen Afrika und der arabischen Halbinsel ein Ozean liegen. Für die Lagerstättenkundler ist der Baby-Ozean schon jetzt höchst interessant. "Hier liegen geschätzt zwischen 25 und 50 Millionen Tonnen Metall", erklärt Gibson. Allerdings ist die Lage am Horn von Afrika derzeit derart unsicher, dass sich niemand so recht an die Erkundung der Vorkommen herantraut.

Ein deutsches Forschungsschiff hätte unlängst Untersuchungen vor der Küste der Arabischen Halbinsel durchführen sollen, Grundvoraussetzung wäre allerdings Begleitschutz durch die Marine des betreffenden Staates gewesen. Da dieser nicht zugesichert werden konnte, zerschlug sich das komplette Forschungsprojekt. Aus diesem Grund konzentrieren sich viele Staaten, die im Indischen Ozean nach Massivsulfiden suchen, auf den südlichen Teil des Meeres. Hier ist man vor den Piraten sicher.

 


FS Sonne. (Foto: B. Grundmann, GEOMAR)

planeterde-Autor Holger Kroker ist mit dem Forschungsschiff SONNE in See gestochen. Gemeinsam mit Geowissenschaftlern der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe befindet er sich auf einer Expedition in den Indischen Ozean, um das Auftreten metallreicher Ablagerungen entlang ozeanischer Spreizungszonen zu untersuchen. Für planeterde berichtet Kroker im LOGBUCH FS SONNE über seine Zeit an Bord. Zu einem weiteren Fahrt-Tagebuch, betrieben von der BGR, geht es hier.