08.03.2025GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

MiningImpact: Forschende untersuchen Ausbreitung von Sedimentwolken beim Tiefseebergbau

Der Abbau von Manganknollen am Meeresgrund würde zu erheblichen und nachhaltigen ökologischen Veränderungen führen – sowohl im Abbaugebiet selbst, als auch in den umgebenden Bereichen. Zu diesem Schluss kommen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des vom BMBF geförderten Projekts MiningImpact. Das Forscherteam hat den Test eines industriellen Prototypen eines Manganknollenkollektors im Ostpazifik begleitet und die Ausbreitung der aufgewirbelten Sedimentwolken räumlich und zeitlich analysiert.

Auf dieser Aufnahme eines Unterwasserroboters ist eine Sedimentwolke zu sehen, die sich quer zu den Abbau-Spuren ausbreitet. Der mit Sensoren ausgestattete Mikroprofiler in der Bildmitte ist etwa so groß wie ein Reisekoffer.
Auf dieser Aufnahme eines Unterwasserroboters ist eine Sedimentwolke zu sehen, die sich quer zu den Abbau-Spuren ausbreitet. Der mit Sensoren ausgestattete Mikroprofiler in der Bildmitte ist etwa so groß wie ein Reisekoffer. © BGR

In den Tiefsee-Ebenen in 3000 bis 6000 Metern Wassertiefe liegen auf Millionen Quadratkilometern rohstoffhaltige Manganknollen auf dem Meeresboden. Diese mineralischen Erze wachsen über Zeiträume von Millionen von Jahren, entweder durch Anlagerung von  Metallen im Meerwasser oder durch Metalle, die durch Zersetzung organischen Materials in den Sedimenten freigesetzt werden. Aufgrund der weltweit steigenden Nachfrage nach Metallen wie Nickel, Kobalt oder Kupfer wächst der Druck, auch diese Vorkommen wirtschaftlich zu nutzen.

Untersuchungen seit 2015

Aufgrund der extremen Lebensbedingungen in der Tiefsee sind die dortigen Ökosysteme mit ihrer hohen biologischen Artenvielfalt – die größtenteils aus kleinen Organismen im Sediment besteht – besonders empfindlich gegenüber Umweltstörungen. Welche Auswirkungen ein möglicher Tiefseebergbau auf die Ökosysteme der Tiefsee hätte, untersucht seit 2015 das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte europäische JPI-Oceans-Projekt MiningImpact. Frühere Analysen jahrzehntealter Störungsspuren in der Clarion-Clipperton-Zone (CCZ) deuten darauf hin, dass Eingriffe langfristige Schäden verursachen: Die Artenvielfalt sowie Ökosystemfunktionen werden für viele Jahrhunderte erheblich beeinträchtigt.

Forschende nutzen Kollektortest

Ein noch wenig verstandenes Risiko besteht durch die Ausbreitung von aufgewirbelten Sedimentwolken, die während eines möglichen Tiefseebergbaus entstehen. Um diesen Prozess besser zu verstehen, nutzten die Forschenden von MiningImpact und der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) den Test eines ferngesteuerten Knollenkollektor-Prototypen durch das belgische Unternehmen Global Sea Mineral Resources (GSR), um die Auswirkungen zu beobachten. Ihre Studie dazu ist jetzt in Nature Communications erschienen.

Vermessung von Sedimentwolken in 4500 Metern Tiefe

„Während der größte Teil der aufgewirbelten Sedimente innerhalb weniger hundert Meter wieder zu Boden sinkt, konnten wir feine Partikel noch in bis zu 4,5 Kilometern Entfernung nachweisen", sagt Dr. Iason-Zois Gazis, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der DeepSea Monitoring Group am GEOMAR. Im April 2021 testete GSR das Kollektorfahrzeug für 41 Stunden in 4500 Metern Tiefe auf dem Meeresboden. Das Gerät legte dabei eine Strecke von rund 20 Kilometern zurück und baute Manganknollen auf einer Fläche von fünf Fußballfeldern ab. Während des Tests wurden die aufgewirbelten Sedimentwolken mit zahlreichen Sensoren am Meeresboden sowie autonomen Unterwasserfahrzeugen und Tauchrobotern vermessen.

Die weitere Ausbreitung der Sedimentwolke wurde vor allem durch die natürliche Ozeanströmung am Meeresboden bestimmt. Der Großteil der aufgewirbelten Partikel konzentrierte sich innerhalb von fünf Metern über dem Meeresboden. Feinere Sedimentpartikel wurden durch Meeresströmungen am Boden über mehr als 4,5 Kilometer transportiert.

3D-Kartierungen des Meeresbodens

Mittels hochauflösender 3D-Kartierungen des Meeresbodens erfassten die Forschenden die Abbauspuren millimetergenau und schätzten die Menge des abgetragenen Sediments sowie dessen Wiederablagerung ab: Im Abbaugebiet wurden mindestens die oberen fünf Zentimeter des Meeresbodens entfernt, während die Sedimentablagerungen bis zu drei Zentimeter betrugen und das Knollenhabitat bis in eine Entfernung von etwa hundert Metern komplett bedeckten.

Die Studie liefert wichtige wissenschaftliche Erkenntnisse für die Entwicklung internationaler Regularien, wie den Mining Code der Internationalen Meeresbodenbehörde, insbesondere im Bereich der Umweltüberwachung von Tiefseebergbauaktivitäten, indem sie moderne Technologien und Strategien für das Monitoring aufzeigt.

Studie:

Gazis, I.-Z., de Stigter, H., Mohrmann, J. et al. (2025). Monitoring benthic plumes, sediment redeposition and seafloor imprints caused by deep-sea polymetallic nodule mining. Nature Communications, 16, Article 1229. https://doi.org/10.1038/s41467-025-56311-0

Projekt MiningImpact:

Seit 2015 untersuchen und bewerten europäische Wissenschaftler im Verbundprojekt MiningImpact die Umweltauswirkungen eines möglichen Abbaus von Manganknollen in der Tiefsee. Die wissenschaftlichen Ergebnisse werden in Handlungsvorschläge für internationale und nationale Behörden umgesetzt. An der zweiten Phase des internationalen Forschungsvorhabens waren 30 Partnerinstitute aus insgesamt acht europäischen Ländern beteiligt. Die Finanzierung erfolgte aus den einzelnen Partnerländern über die Joint Programming Initiative „Healthy and Productive Seas and Oceans" (JPI Oceans) der Europäischen Union. Der deutsche Anteil wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) getragen.