von Jessica Volz, Sophie Paul und Julia M. Otte<\/em><\/p>\n\n\n\n W\u00e4hrend der ersten globalen Forschungsexpedition der HMS Challenger in den 1870er Jahren wurde das gro\u00dfe Ressourcenpotential der Tiefsee deutlich. An Bord der HMS Challenger wurden zahlreiche unbekannte marine Organismen sowie mineralische Konkretionen vom pazifischen und atlantischen Meeresboden, die wie schwarzer kleiner Blumenkohl aussehen, gewonnen \u2013 dabei handelte es sich um Manganknollen (Abbildung 1, oben). Im Zuge nachfolgender Forschungsexpeditionen in den Weltmeeren wurde eine Vielzahl von Mineralvorkommen in der Tiefsee entdeckt, darunter Mangankollen-Felder, massive Sulfide und kobaltreiche Krusten.<\/p>\n\n\n\n Das gr\u00f6\u00dfte bekannte Vorkommen von Manganknollen mit signifikanten Mengen an Kupfer (Cu), Kobalt (Co) und Nickel (Ni) befindet sich in der Clarion-Clipperton-Fracture-Zone (CCZ) im nord\u00f6stlichen Pazifik zwischen Hawaii und Mexiko \u2013 einer Fl\u00e4che etwa der Gr\u00f6\u00dfe Europas (Abbildung 3). Da viele Metalle, die f\u00fcr die heutigen Hightech-Entwicklungen ben\u00f6tigt werden, in Mangankollen enthalten sind, w\u00e4chst das wirtschaftliche Interesse an den Vorkommen in der Tiefsee. Die gesellschaftliche Nachfrage nach z.B. Kupfer, Lithium und Seltenen Erden steigt durch den zunehmenden Einsatz von Handys, Laptops und Flachbildfernsehern, sowie durch das Wachstum des Sektors der erneuerbaren Energien: Photovoltaikzellen, Magnete in Windkraftanlagen und Batterien f\u00fcr Elektroautos sind auf nicht-erneuerbare Ressourcen angewiesen. Der kontinuierliche Wirtschaftswachstum und die Ersch\u00f6pfung terrestrischer Erzvorkommen treiben die Erkundung alternativer Rohstoffvorkommen voran, da das Recyclingpotenzial kritischer Materialien bislang noch begrenzt ist.<\/p>\n\n\n\n Seit der Entdeckung der Manganknollen-Felder der CCZ haben zahlreiche Studien die Herkunft, Bildung und das Ressourcenpotential der Knollen untersucht. Da sich der Meeresboden in der CCZ in mehr als 4000 m Wassertiefe befindet, werden hier nur geringe Mengen an Sedimenten von weniger als einem Zentimeter \u00fcber tausend Jahre abgelagert. Diese sehr geringe Ablagerungsrate der Sedimenten erlaubt das Vorkommen und Wachstum von Manganknollen auf dem Meeresboden. Die Bildung der Knollen erfordert einen Wachstumskern (Nucleus), etwa Fragmente von Vulkangestein oder biogenes Material wie Haiz\u00e4hne oder St\u00fccke von Muschelschalen. Die Hauptbestandteile der Manganknollen \u2013 Eisen und Mangan \u2013 bilden Oxid-Schichten in sauerstoff-reichem (oxischem) Meerwasser am Meeresboden um den Nucleus herum. <\/p>\n\n\n\n W\u00e4hrend dieses Entstehungsprozesses werden verschiedene Metalle aus dem Meerwasser an die negativ geladenen Oberfl\u00e4chen von Manganoxiden (MnO2) und positiv geladenen Oberfl\u00e4chen von Eisen(oxyhydr)oxiden (FeOOH) adsorbiert, was zur Metallanreicherung in den Knollen f\u00fchrt (Abbildung 2). Dieser Wachstumspfad bei dem Metall aus der Wassers\u00e4ule absorbiert wird, wird als “hydrogenetisches Wachstum” bezeichnet, bei dem die Knollen \u00fcber eine Million Jahre hinweg etwa 2 Millimeter wachsen. <\/p>\n\n\n\n Die meisten Manganknollen der CCZ zeigen Schichten unterschiedlicher Herkunft und Wachstumsraten. Die Knollen werden nicht nur mit Metallen aus dem Meerwasser gespeist, sondern absorbieren auch Metalle, die beim mikrobiellen Abbau organischer Substanz in den Sedimenten unterhalb der Knollen freigesetzt werden. Da die Oberfl\u00e4chensedimente des CCZ in der Regel reich an Sauerstoff sind, wird die Anreicherung von Metallen durch den Abbau organischer Substanz als “oxisches diagenetisches Wachstum” bezeichnet. Unter bestimmten Bedingungen im Ozean in der Vergangenheit wurden die Knollen mit Metallen aus tieferen Sedimenten gespeist, die durch das zwischenliegende Porenwasser angeliefert wurden. W\u00e4hrend dieses so genannten “suboxischen diagenetischen Wachstums” wachsen die Knollen schneller mit bis zu 250 Millimetern in einer Million Jahre. F\u00fcr das suboxische diagenetische Wachstum der Knollen muss Sauerstoff weniger tief in die Sedimente eingedrungen sein, als es heute in der CCZ beobachtet wird.<\/p>\n\n\n\n Zus\u00e4tzlich zu den abiotischen (chemischen) Knollenbildungspfaden zeigen neue Studien, dass Manganknollen einen einzigartigen Lebensraum f\u00fcr prokaryotische Gemeinschaften bieten. Es ist bekannt, dass Knollen-spezifische Gemeinschaften von sowohl Mangan-\/Eisen-Reduzierern also auch von \u2013Oxidierern dominiert werden und f\u00fcr den Mangan- und Eisenzyklus der Knollen eine wichtige Rolle spielen k\u00f6nnten (Abbildung 3). Dieser biologisch gesteuerte Metallkreislauf ist bisher noch nicht gut verstanden und k\u00f6nnte f\u00fcr die Bildung der Manganknollen relevant sein, da die Bakterien aktiv Mangan- und Eisen(oxyhydr)oxide produzieren.<\/p>\n\n\n\n
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