Potentielle ökologische und sozioökonomische Folgen eines

Potentielle ökologische und
sozioökonomische Folgen eines zukünftigen
Tiefseebergbaus
Prof. Dr. Andrea Koschinsky
(Jacobs University Bremen)
Meeresumwelt-Symposium,
Hamburg, 27./28.5.2015
Vorkommen mariner
Rohstoffe
Das Thema Tiefseebergbau bezieht sich
im wesentlichen auf die mineralischen
Lagerstätten in Tiefen >1000 m:
Manganknollen in Tiefseebecken
Mangankrusten auf Tiefseebergen
Massivsulfide in hydrothermal aktiven
Zonen
5
6
Mittelozeanischer
Rücken
4
untermeerischer
Vulkan
3
Kuppe
2
Kontinentalhang
Wassertiefe
1
Schelf
0
T
I
E
F
S
E
E
Manganknollen
(Foto aus: Halbach, Friedrich und von
Stackelberg, 1988)
Oben: Dichte Knollenbelegung auf dem Tiefseeboden
Unten: Querschnitte einer Knolle mit Wachstumslagen und Kern
Oben: Manganknolle mit Schwamm
Unten: Kastengreifer mit Knollenproben
Wachstumsraten mm
bis cm/Mio Jahre,
Durchmesser einige
cm
Große Felder in
Tiefseebecken
Mangankrusten
  Krustige großflächige Ablagerungen
von Mangan-Eisen-Oxiden auf den
Hängen von Seebergen
  Wertmetalle eingebaut in die
Oxidminerale
  Wachstumsraten mm/Mio Jahre,
  Dicke im Bereich von mehreren cm
Dichte und ebenmäßige
Krustenbedeckung als optimale
Voraussetzung für den Erzabbau
(Foto oben: MBARI)
(Abb.: J. Hein, USGS)
Querschnitte einer 5 cm dicken Mangankruste,
fest mit dem Untergrundstein verwachsen
Typische Struktur eine Seeberges,
der mit Mangankrusten bedeckt ist
Hydrothermale Erze Massivsulfide
Schwarzer Raucher am
Mittelatlantischer Rücken
(ROV Quest, MARUM)
Pyrit/Chalcopyrit
Pyrit/Markasit
Hydrothermaler
Sulfidschornstein
(1,80 m hoch) aus
dem Nord-FidschiBecken
(Foto: S. Petersen, GEOMAR)
Sphalerit
Hydrothermale Erze
Im Gegensatz zu
Manganknollen- und
MangankrustenVorkommen haben
Massivsulfidlagerstätten
eine kleine Oberfläche
und erstrecken sich in
die dritte Dimension
 Erkundung und
Abbau in die Tiefe
Über die Größe dieser
Lagerstätten ist nur
Beispiel: TAG Massivsulfidfeld am Mittelatlantischen wenig bekannt!
Rücken
Bekannte aktive Hydrothermalfelder
Vergleich der Faunen in ManganknollenMangankrusten- und Massivsulfid-Feldern
Manganknollen:
• Geringe Dichte, hohe Diversität
• Große flächige Verbreitung
• Mobile und sessile Organismen
• Geringe Stoffumsatzraten
• Knollenabbau entfernt Substrat und zerstört Oberflächensediment
•  Auswirkungen von Abbau großflächig und langfristig?
Foto: BGR
Vergleich der Faunen in ManganknollenMangankrusten- und Massivsulfid-Feldern
Mangankrusten:
•  Ähnlichkeit der Faunen in Knollen- und Krustengebieten, aber auch
Unterschiede (z.B. keine Sediment-Fauna)
•  Endemische Arten, die nur auf einzelnen Seebergen vorkommen?
•  Seeberge sind Schutzräume von Brutstätten vieler Fischarten u.a.
Organismen
•  Möglicher Konflikt mit
Tiefseefischerei
•  Mangankrustenabbau erfordert das
Abbrechen der Oberflächen
(massiver Eingriff)
 Auswirkungen von Abbau
großflächig und langfristig?
Foto: MBARI
Vergleich der Faunen in ManganknollenMangankrusten- und Massivsulfid-Feldern
Aktive Hydrothermalfelder
• Sehr hohe Dichte und Biomasse
• Verbreitung lokal sehr begrenzt
• Mobile und sessile Organismen
• Hohe Stoffumsatzraten
• An dynamische Umweltbedingungen
angepasst
 Auswirkungen von Abbau eher zeitlich
und räumlich begrenzt?
Foto: ROV Quest,
MARUM
Foto: NOAA
Inaktive Hydrothermalfelder
• Typische Tiefsee-Fauna ähnlich wie im
Umfeld
 Auswirkungen von Abbau eher
zeitlich und räumlich begrenzt?
Mögliche Umweltfolgen beim Abbau von
Manganknollen
  Freisetzung von Schadstoffen in
die Oberfläche durch Unfälle
  Einleitung von
Aufbereitungsrückständen in
küstennahe
Gewässer
  Ausbreitung von Schadstoffen
  Ggfs. auch Schadstoffe im Mittelwasser
(Rückführung von Tailings)
  Störungen der Lebewelt in der Wassersäule
  Direkte und indirekte Zerstörung des Meeresbodens
  Lärm-Emission
  Veränderung des Nahrungsangebotes
  Störung der benthischen Lebewelt (Sedimentwolke, etc.)
Quelle: Dr. Charles L. Morgan, Planning Solutions Inc. Honolulu/USA: Potential Environmental Impact of Seabed Mining, International
Workshop on Environmental Management Needs for Exploration and Exploitation of Deep Seabed Minerals, Fiji Islands, 2011
Modell einer aufgewirbelten und
verdrifteten Sedimentwolke
(nach Zielinski u. Jankowski, 2001)
Potentielle Umweltfolgen
beim Abbau von
Manganknollen
Transport von aufgewirbeltem
Sediment in der Wassersäule
Aufgewirbeltes und sich wieder
absetzendes Sediment kann die
Tiefseefauna beeinträchtigen und
mikrobielle Prozesse beeinflussen.
Modell der
Sedimentausbreitung nach 20
Jahren bei
Freisetzung in
unterschiedlichen
Wassertiefen
(Rolinski et al.,
2001). Es wurde
keine Aggregation
der Partikel
berücksichtigt.
Potentielle
Umweltfolgen beim
von
3.  Potenzielle
Umweltbelastungen
durchAbbau
den Tiefseebergbau und deren
ökologische Auswirkungen
Manganknollen
Pflugegge zur Simulation des Manganknollenabbaus (links)
und Plot der Pflugeggenspuren im DISCOL-Gebiet im PeruBecken (rechts oben);
Pflugspuren am Meeresboden (rechts unten)
Quelle: Dr. Gerd Schriever, BIOLAB Forschungsinstitut und Dr. Christian Borowski, MPI für Marine Mikrobiologie Bremen:
Potentielle Umweltfolgen beim Abbau von
Manganknollen
Lebensgemeinschaften am Meeresboden:
Megafauna
Macro-/ Meiofauna
Verteilung im Sediment
semi-liquide
Oberfläche
Bild Fauna
Bild Fauna
Quelle: Dr. Gerd
Schriever, BIOLAB
Forschungsinstitut und
Dr. Christian Borowski,
MPI für Marine
Mikrobiologie Bremen:
Fauna im und auf dem Sediment mit verschiedenen Größenklassen:
Megafauna >2cm, Macro- (<2-1cm) and Meiofauna (<1cm).
Etwa 90% aller sediment-bewohnenden Organismen leben in den obersten
10 cm des Bodens;
 diese Zone wäre beim Knollenabbau am intensivsten betroffen!
Potentielle Umweltfolgen beim Abbau von
Manganknollen
Auswirkung auf die Makrofauna direkt nach der Störung
α ≤ 0,001
undisturbed
Plow track
Ungestört
Pflugspur
α ≤ 0,01
α ≤ 0,01
α ≤ 0,001
α ≤ 0,001
(Borowski & Thiel 1998)
  Die Erholung der Boden-Lebensgemeinschaften in Abbaugebieten
wird entscheidend von der Distanz zu den ungestörten Flächen
abhängen (Thiel et al., 2012).
Potentielle Umweltfolgen beim Abbau von
Manganknollen
Dichte
(Ind./10.000m²)
Einfluss der Störung auf die Megafauna:
Between Plow tracks
Megafauna
0
0 0,5 3
years after disturbance
Plow track
0
(Bluhm 2001)
0 0,5 3
Years after
disturbance
Trotz sichtbarer Erholung waren die Folgen des Eingriffes nach mehreren
Jahren noch deutlich erkennbar.
Potentielle Umweltfolgen beim Abbau von
Manganknollen
Längerfristiger Effekt (7 Jahre) auf die Biodiversität
  Es ist mit einer veränderten
Artenzusammensetzung zu
rechnen, u.a. auch, weil
Organismen, die auf den
Knollen leben, sich nicht
wieder ansiedeln können.
  Über die Verbreitung und
Reproduktion der Arten in der
Tiefsee ist bisher wenig
bekannt.
Niedrige Diversität:
Hohe Diversität:
Wenige Spezies
Zahl der Spezies im
dominieren im
ungestörten Gebiet
gestörten Gebiet
ausgeglichen
 Konkrete Aussagen zur
(Borowski & Thiel 1998)
Regenerationsfähigkeit
schwierig
Quelle: Dr. Gerd Schriever, BIOLAB Forschungsinstitut und Dr.
Christian Borowski, MPI für Marine Mikrobiologie Bremen:
Potentielle Umweltfolgen beim Abbau von
Manganknollen
Mögliche geochemische Prozesse am Tiefseeboden, die durch eine
Aufwirbelung des Oberflächensediments verursacht werden können
(Koschinsky et al., 2001)
Bildungsmilieus von Manganknollen und –krusten
Hydrogenetische
Mangankrusten
Hydrogenetische
Manganknollen
Ausfällung aus Meerwasser
Porenwasser-Flüsse
CCZ
MischtypKnollen
Peru-Becken
(DISCOL)
Rückfluss ins
Bodenwasser
Sedimentation
Diagenetische
Manganknollen
Knollenbildung
SubstratGestein
Diagenetischer
Fluss
Anreicherung
im Sediment
Verfestigtes Sediment
Bildung verschiedener Typen von Manganknollen aus Komponenten
im Meerwasser und im Sediment, und von Mangankrusten
Manganknollen und
Sedimente im PeruBecken (DISCOLGebiet)
Oxische Zone mit
Manganknollen
(5-10 cm,
Haeckel et al., 2001)
Suboxische Zone,
Manganoxid löst
sich auf
Eisenoxid löst
sich auf
Kern eines typischen TiefseeOberflächensedimentes aus dem Peru-Becken, in
dem Manganknollen gebildet werden
Sedimente und Porenwässer im Peru-Becken
Metallgehalte im Oberflächensediment (oben) und in den entsprechenden Porenwässern
(unten) in einem Sedimentkern aus dem Peru-Becken (Koschinsky, 2001)
Sedimente und Porenwässer in der CCZ
Oberflächen-Sedimentkern aus
der CCZ mit rein oxischer brauner
Schicht; Bioturbation erkennbar
Metallgehalte im Oberflächensediment
(links) und in den entsprechenden
Porenwässern sowei Sauerstoff (rechts)
in einem Sedimentkern aus der CCZ
(FS Sonne, Fahrt SO 239, 2015)
(Mewes, Kasten et al., 2014)
Aktuelle Forschung: JPI Oceans
Aktuelle Forschung zu Umweltfolgen von Meeresbergbau
Ökologische Studien
zu potentiellen Folgen
von ManganknollenAbbau im Pazifik
CCZ:
verschiedene
Lizenzgebiete
und Schutzgebiet
Peru-Becken:
Fortsetzung
DISCOL-Studie
Koordination: GEOMAR Kiel (M. Haeckel), deutsche und EU-Partner
SO239 (CCZ)
10.3.–30.4.2015
Pedro Martinez
SO242-1 (DISCOL) 28.7.–25.8.2015
Jens Greinert
SO242-2 (DISCOL) 28.8–1.10.2015
Antje Boetius
  Es muss kein/kaum Abraum entfernt werden.
  Die mobile Infrastruktur von Tiefseebergbau hinterlässt keine „Ruinen“ auf
dem Meeresboden.
  Keine sauren Minenwässer
  Kann die Gewinnung mariner Rohstoffe den ökologischen Druck auf sensible
Regionen an Land verringern?
  Probleme bei der Aufbereitung an Land vergleichbar
  Mögliche synergistische Effekte von Tiefseebergbau und anderen
Stressfaktoren (Erwärmung, Versauerung, Tiefseefischerei, usw.)
  Noch immer große Kenntnislücken bez. Ökologie der Tiefsee
  Keine Menschen einschließlich Naturvölker in entlegenen Regionen vom
Bergbau und deren Folgen negativ betroffen
  Möglichkeit, hohe Umwelt- und Arbeitsstandards im Vergleich zu vielen
Bergbauaktivitäten an Land zu schaffen
  Für Deutschland Potential innovativer technologischer Entwicklungen
  Wirtschaftliches Risiko: hohe Anfangs-Investitionen, unbekanntes
Potential von Massivsulfid-Lagerstätten, Aufbereitung von
Manganknollen ungeklärt
  Tiefseebergbau schafft wenige hochspezialisierte Jobs, während in
Entwicklungsländern viele einfache Jobs verloren gehen könnten.
  Gesellschaftliche Akzeptanz: neue Hochtechnologie-Entwicklungen
führen häufig zu Widerstand in der Bevölkerung
 Transparente Verfahren und gute Kommunikation mit der
Öffentlichkeit notwendig! Einbindung von NGOs!
Weitere Forschung ist notwendig, um einen nachhaltigen
zukünftigen Meeresbergbau vorzubereiten und zu begleiten!
  Weitere Bestandsaufnahme des Ist-Zustandes in der Tiefsee
  Untersuchungen und Vorhersagen möglicher Umweltfolgen
  Vergleich mit Landbergbau im möglichen Rahmen
  Berücksichtigung soziökonomischer Aspekte
  Da Tiefseebergbau noch nicht begonnen hat, besteht hier eine
einzigartige Chance für eine
gesamtheitliche Betrachtung des Potentials von Rohstoffen in
der Tiefsee und der Risiken eines zukünftigen Abbaus:
Einbeziehung wirtschaftlicher, politischer, sozialer und
umweltbezogener Aspekte!

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