Neuer Sauerstoffquelle im Tiefmeer überrascht Fachleute

Neuer Sauerstoffquelle im Tief Meer überrascht Experten

Im Untersuchung des Meeresbodens im Pazifischen Ozean überraschen Forscher sich: Sie entdecken auf einer Tiefe von 4000 Metern einen bis dahin unbekannten Sauerstoffquelle. Dieser spektakuläre Fund könnte alte Annahmen über Bedingungen in tiefen Meerestiefen umkehren.

Der Haupttext der Studie ist nur zwei Seiten lang - aber er widerspricht einer lang andauernden Annahme. Er könnte auch neue Licht auf tiefseeanwendete Bergbau, der allmählich Realisierbarkeit nähert, werfen: Auf dem Meeresboden des Pazifischen Ozeans hat eine internationale Forschergruppe mit deutscher Beteiligung in etwa 4000 Metern Tiefe einen bis dahin unbekannten Sauerstoffquelle entdeckt.

"Das ist eine sensationelle Beobachtung", sagt Tiefseeforscher Felix Janßen vom Alfred-Wegener-Institut (AWI), der an der in der Zeitschrift "Nature Geoscience" veröffentlichten Studie nicht beteiligt war. "Das würde alles auf den Kopf stellen, was wir bisher angenommen haben."

In der Studie leitete die Forschergruppe um Andrew Sweetman von der Scottish Association for Marine Science (SAMS) Untersuchungen zur Wirkung des tiefenmeerischen Bergbaus durchgeführt und Messungen in der sogenannten Clarion-Clipperton Zone (CCZ) durchgeführt. Dieser Bereich, der mehrere Tausend Kilometer lang an der 10. Breitengradlinie reicht, enthält wertvolle Ressourcen - darunter Nickel, Kobalt, Lithium und Kupfer. Solche wertvollen Ressourcen werden zum Beispiel für die Herstellung von Akkus und Handys verwendet. Besonders bekannt sind Manganese-Knollen, die in großen Mengen auf dem schlammigen Meeresboden liegen und wie Kartoffeln im Schlamm des Meeresbodens aussehen.

Erstaunen über ungewöhnliche Sauerstoffwerte

Dort fand die Forschergruppe in kleinen Behältern, die an den Meeresboden gesenkt wurden, ungewöhnliche Sauerstoffwerte. Die Konzentrationen lagen üblicherweise bei 180 Mikromolen (μmol) pro Liter Wasser, aber sie stiegen auf bis zu 800 Mikromolen in den Messbehältern an.

Dies erregte zunächst großes Aufsehen. "Wenn wir diese Daten erhalten haben, haben wir anfangs gedacht, dass die Sensoren defekt waren", erklärt Sweetman. "Jede Studie im Tiefmeer hatte gezeigt, dass Sauerstoff dort verbraucht, nicht produziert wird. Wir haben die Sensoren neu kalibriert, aber die seltsamen Sauerstoffwerte hielten sich über zehn Jahre."

Als andere Methoden die überraschenden Ergebnisse bestätigten, holte die Team den Chemiker Franz Geiger von der Northwestern University in den US-Bundesstaat Illinois ein. Der gebürtige Berliner hatte in dem Journal "PNAS" im Jahr 2019 berichtet, dass Rost in Kombination mit Meerwasser Energie generieren kann. Eine ähnliche Prozess könnte an der Sauerstoffproduktion beteiligt sein.

"Geobatterien" im Tiefmeer

Bekannt war, dass eine Spannung von 1,5 Volt für die sogenannte Seewasserelektrolyse - also die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff - ausreicht. In Geigers Labor untersuchte die Team nun Manganese-Knollen vom Meeresboden. In Kombination mit Meerwasser misstes jedes einzelne Knollen bis zu 0,95 Volt. Und mehrere Knollen zusammen konnten mehr Spannung erzeugen als für die Elektrolyse erforderlich war. "Es scheint, dass wir eine natürliche 'geobatterie' entdeckt haben", sagt Geiger.

Der Autor Sebastian Fuchs vom Bundesinstitut für Geosciences und Naturwissenschaften (BGR) in Hannover kommentiert die Aussagen der Mitautoren: "Die Messungen sind sehr empfindlich", betont Fuchs. Various methods were used, and oxygen production was detected both on the seabed and in the lab. However, questions remain: For instance, the settling and lifting of instruments on the seabed could have influenced the results - in addition, the oxygen amount remained constant after an initial significant increase. "We don't yet know the exact extent or duration of the oxygen production", Fuchs states, emphasizing the need for further research.

AWI-Experte Janssen betont auch, "Wir sollten nicht zu früh zu Schluss kommen über die gemessene Menge. Zuerst muss gezeigt werden, ob und wo dieses neue Verfahren eine Rolle spielt." Es könnte auch um lokale Phänomene gehen.

Umstrittenes Tiefseebergbau

Dennoch stellt sich die Frage, was dieses Wissen für den tiefseebeginnenden Bergbau bedeutet? Wie der komplexe und umstrittene kommerzielle Abbau von Mineralien aus dem Tiefmeer allmählich Gestalt nimmt, nehmen mehr und mehr Länder aktiv teil. Im Januar hat das norwegische Parlament die Erlaubnis für die Erkundung und Bergbau von Mineralien auf dem Seabed in einem arktischen Bereich auf dem norwegischen Kontinentalschelf gegeben. Und der pazifische Inselstaat Nauru hatte bereits Pläne zur Abbau von Manganese-Knollen mit der kanadischen Firma The Metals Company (TMC) auf dem Seabed angekündigt.

BGR-Experte Fuchs geht davon aus, dass der tiefseebeginnende Bergbau noch nicht nahe ist, aber Länder wie China und der pazifische Inselstaat Nauru seien sehr aktiv: "Der tiefseebeginnende Bergbau ist auf dem Weg. Wir leben in einer ressourcenverbrauchenden Gesellschaft."

Umweltschützer für unerwartete Folgen fürchten

Kritiker und Umweltschützer haben lange darauf hingewiesen, dass der Abbau von Ressourcen unvorhersehbare Risiken für die Ökosysteme dort birgt, die seit Millionen von Jahren ungestört geblieben sind. Manganese-Knollen, beispielsweise, benötigen mehrere Millionen Jahre für nur wenige Millimeter Wachstum. Ihre Oberfläche bietet einer Fülle von Organismen wie Matzen aus Muscheln im Schlamm des Meeresbodens einen festen Untergrund, der ihnen den Siedeln ermöglicht. Tiefsee-Korallen oder Würmer, die kalkige Röhren bauen, wachsen auf den Knollen. Zwischen ihnen leben Seeigel, Tiefseekrabben und bis zu 45 Zentimeter lange Giantschreckenkrebse (Bathynomus).

Ein Forscherteam schätzte in einer 2023 veröffentlichten Publikation im Journal "Current Biology", dass es in der Clarion-Clipperton Zone 5580 Arten gibt - 90% derer sind noch unbeschrieben.

Die deutsche Projektserie "Störung und Wiederbesiedlung" (Discol) des Deutschen Wetterdienstes in der Peru-Senke im Pazifischen Ozean zeigte, wie empfindlich dieses System reagiert. Forscher pflügten in etwa 4100 Metern Tiefe ein Quadratkilometer großes Experimentellgebiet im Jahr 1989 - wie üblich bei der Nodulen-Ausbeute. Bis heute, 26 Jahre später, waren die Spuren der Pflugarbeiten noch sichtbar auf dem Meeresboden. Analysebefunde zeigten, dass die bakterielle Aktivität dort noch nicht wiederhergestellt war.

Die Internationale Seebodenbehörde (ISA; International Seabed Authority) in Kingston, Jamaika plant, bindende Regelungen für dieses Bergbau zu entwickeln, zusammen mit Vertretern der Regierungen, Forschern und Nichtregierungsorganisationen, bis 2025. "Es geht um jedes Wort", sagt Fuchs.

Die Warnungen von Umweltorganisationen könnten durch die aktuelle Studie eine neue Dimension gewinnen: "Mehrere große Bergbauunternehmen planten, wertvolle Elemente aus dem Meeresboden in einer Tiefe von 3000 bis 6000 Metern abzubauen", sagt Chemiker Geiger. "Wir müssen darüber nachdenken, wie wir diese Materialien abbauen, ohne die Sauerstoffquelle für Tiefsee-Lebewesen zu zerstören."

Für die Forscherin Janssen der AWI bleibt die größte Sorge, wie die Tiefseebergbauaktivitäten auf die Ökosysteme und Biodiversität in den betroffenen Bereichen wirken. "Man sieht, dass Bergbau die Lebensbedingungen der Tiefseebewölkerung grundlegend verändern wird."

Die Expertenin glaubt nicht, dass der neu entdeckte Mechanismus - so revolutionär er auch sein mag - das Tiefseebudget wesentlich verändern wird. "Aber dies ist ein Beispiel dafür, wie viel uns noch über dieses Ökosystem bekannt ist. Deshalb müssen wir vorsichtig sein."

Die Entdeckung dieses Sauerstoffquells im Pazifischen Ozean könnte die Umweltschutz- und Artenschutzmaßnahmen in Tiefseebergbaugebieten signifikant beeinflussen. Dieses unerwartete Sauerstoffproduktionsmechanismus, vermutlich mit 'Geobatterien' in Mangan-Knollen verbunden, unterstreicht die Bedeutung der Meeresforschung und der Bildung zum Verständnis des Tiefmeeres. (Umweltschutz, Artenschutz, Meeresforschung, Bildung)

Im Lichte der neu entdeckten Sauerstoffquelle bedarf es einer Neubewertung der Tiefseebergbaustrategien. Forscher müssen die Auswirkungen von Bergbau-Aktivitäten auf dies natürliche 'Geobatterie' und ihre Rolle in der Unterstützung der Tiefseebiodiversität berücksichtigen. (Umweltschutz, Artenschutz, Tiefseebergbau, Meeresforschung)