USGS: Tiefseeschwefel-Felsen können sich im Labor selbst entzünden

Wissenschaftler unter der Leitung des U.S. Geological Survey (USGS) haben herausgefunden, dass bestimmte Metallsulfid-Gesteine, die vom Tiefseeboden geholt wurden, sich selbst erwärmen und Feuer fangen können, wenn sie in einer Laborumgebung Luft ausgesetzt werden. Die Erkenntnis stammt aus Proben, die in der Escanaba Trough gesammelt wurden, einem hydrothermalen Gebiet entlang des südlichen Gorda Ridge in der U.S. Ausschließlichen Wirtschaftszone vor der Grenze zwischen Oregon und Kalifornien.

Was geschah

Nach Angaben der USGS sammelten Forscher während einer Expedition im Jahr 2022 mithilfe eines ferngesteuerten Fahrzeugs 57 hydrothermale Gesteinproben aus vier Regionen der Escanaba Trough. Die Arbeit umfasste eine Zusammenarbeit mit dem Bureau of Ocean Energy Management (BOEM) und der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), wie aus der Berichterstattung von ScienceAlert über die Studie hervorgeht.

Die meisten Proben enthielten Metallsulfide, die reich an Kupfer, Zink und Eisen waren, aber zwei davon entzündeten sich spontan, nachdem sie gefriergetrocknet und im Labor zerkleinert wurden, berichtete ScienceAlert. Die USGS sagte, dass die brennenden Gesteine hauptsächlich aus nanokristallinem Markasit bestanden, einem Eisensulfidmineral, das ein früheres Mineral namens Pyrrhotin ersetzt hatte. Ocean News listete auch Isocubanit und Chalkopyrit unter den in den Lagerstätten vorhandenen Mineralen auf.

Warum sich die Gesteine entzündeten

Die USGS erklärt, dass Markasit bei Exposition gegenüber Sauerstoff eine exotherme Oxidation durchlief und Wärme freigab. ScienceAlert berichtete, dass diese Reaktion die Probentemperaturen über 100°C trieb, wobei das ursprüngliche Gesteinsmaterial vollständig oxidiert wurde. Mechanische Einwirkungen wie Mahlen während der Laborverarbeitung scheinen zusätzliche Energie geliefert zu haben, die die Selbsterwärmung auslöste, so ScienceAlert.

Die Forschung, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Scientific Reports unter dem Titel "Spontaneous combustion of metal sulfide minerals and implications for seafloor massive sulfide mining", kommt zu dem Ergebnis, dass die nanokristalline, veränderte Form des Minerals weniger stabil ist als sein primärer Vorläufer, was es anfälliger für diese Art von Reaktion macht.

Warum es für den Tiefsebergbau wichtig ist

Die Autoren der Studie rahmen die Entdeckung als eine Gefahr, die für jeden zukünftigen Bergbau von Massive-Sulfid-Lagerstätten auf dem Meeresgrund (SMS) – mineralreiche Formationen um hydrothermale Quellen, die als potenzielle Kupfer-, Zink- und andere Metallquellen von Interesse sind – relevant ist. Das Bringen solcher Gesteine an die Oberfläche setzt sie scharf unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen, Temperaturen, Druck und Feuchtigkeitsverhältnissen im Vergleich zum Meeresgrund aus, Bedingungen, die die USGS sagt, könnten Selbsterwärmung auslösen.

Ocean News berichtete, dass die Studie betont, dass die Mineraleigenschaften einzelner Lagerstätten bei der Risikobewertung wichtig sind, und dass bestehende Sicherheitsprotokolle, die für landgestützten Sulfidbergbau entwickelt wurden, möglicherweise nicht direkt auf Material anwendbar sind, das aus der Tiefsee gewonnen wird. ScienceAlert bemerkte, dass die Forscher speziell warnten, dass die Reaktion schnelle Brände auf Schiffen verursachen könnte, die solche Fracht befördern.

Was noch nicht bekannt ist

Die gemeldeten Ergebnisse basieren auf einer begrenzten Anzahl von Verbrennungsereignissen – zwei von 57 Proben – von einem Standort, der Escanaba Trough. Die überprüften Quellen geben nicht an, wie häufig diese Reaktion an anderen hydrothermalen Stätten mit unterschiedlichen Mineralzusammensetzungen auftreten würde, und sie beschreiben auch keine spezifischen neuen Sicherheitsprotokolle, die Bergbauunternehmen einführen müssten. Die Studie fordert stattdessen gezielte Risikobewertungen und Ingenieurmaßnahmen, die speziell auf SMS-Gewinnung zugeschnitten sind, so Ocean News.

Wichtigste Fakten auf einen Blick

• Proben, die 2022 aus der Escanaba Trough vor der Küste von Oregon und Kalifornien mittels ferngesteuerten Fahrzeugs gesammelt wurden.
• 57 hydrothermale Gesteinproben gesammelt; 2 entzündeten sich spontan während der Laborverarbeitung.
• Brennbare Gesteine bestanden hauptsächlich aus nanokristallinem Markasit, das ein früheres Pyrrhotin ersetzt hatte.
• Probentemperaturen überschritten während der Reaktion 100°C, laut ScienceAlert.
• Studie in Scientific Reports veröffentlicht; angeführt von der USGS mit Beteiligung von BOEM und NOAA.