Kartoffel

Romolo Tavani

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Manganknollen, auch Polymetallknollen genannt, kommen in allen Ozeanen der Erde vor. Sie kommen in der Größe von Kartoffeln bis hin zu Salatköpfen vor und bestehen größtenteils aus Eisen- und Manganoxiden.

Große Konzentrationen dieser „Seekartoffeln“ kommen im Pazifik und im Indischen Ozean in Tiefen von bis zu 21.300 Fuß (6.500 Metern) vor.

Die Knollen gelten aufgrund ihres hohen Gehalts an Eisen, Titan, Kupfer, Nickel und Kobalt als die wichtigsten Metallvorkommen des Meeres – Elemente, die für die Produktion von Motoren, Computern, Smartphones und Batterien wichtig sind. Dies hat insbesondere das Interesse der Elektronik- und Stahlindustrie als potenzielle neue Metallquellen zur Deckung der wachsenden Nachfrage geweckt.

AWI/OFOS

Tiefseebergbauunternehmen haben herausgefunden, dass sie die Knollen mithilfe einer hydraulischen Maschine, ähnlich einer Kartoffelerntemaschine, sammeln können. Kürzlich hat die Internationale Meeresbodenbehörde (ISA) Genehmigungen erteilt und Verträge mit 19 Unternehmen aus China, Frankreich, Deutschland, Indien, Japan, Russland und Südkorea abgeschlossen, um den Abbau der Knollen zu erkunden.

Eine neue in Scientific Reports veröffentlichte Studie zeigt jedoch, dass der mögliche industrielle Abbau der Knollen, deren Bildung bis zu drei Millionen Jahre dauern kann, nicht nur erhebliche Auswirkungen auf das Ökosystem Ozean haben, sondern auch die Gesundheit der Bergleute gefährden könnte. Verarbeiter und sogar Endverbraucher aufgrund der hohen Radioaktivität der Knollen.

Die Forschung zeigt, dass die Knötchen während ihres Wachstums große Mengen an Uranradioisotopen ansammeln, die beim Zerfall große Mengen an Alphastrahlung emittieren. Während die äußere Exposition gegenüber Alphastrahlung nicht so gefährlich ist wie die Exposition gegenüber einigen anderen Strahlungsformen, vermuten die Forscher, dass die Knollenverarbeitung zum Einatmen von Knollenstaub bzw. „Feinstaub“ und Radongas sowie zur Exposition gegenüber hohen Konzentrationen von führen kann andere radioaktive Stoffe.

Jessica B. Volz, Ph.D., Erstautorin der Studie und Biogeochemikerin am Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung am Alfred-Wegener-Institut (AWI) in Bremerhaven, Deutschland, erklärte in einer Pressemitteilung, worauf sich das Team konzentrierte zwei besondere radioaktive Substanzen, Thorium-230 und Radium-226. Diese wurden in Knötchen gefunden, die bei Expeditionen in der Clarion-Clipperton-Zone im Pazifischen Ozean zwischen Hawaii und Mexiko geborgen wurden.

„Aufgrund früherer Studien war bereits bekannt, dass die äußere Schicht der Knollen natürliche radioaktive Substanzen wie Thorium-230 und Radium-226 enthält, die sich über lange Zeiträume aus dem Meerwasser an der Oberfläche der Knollen angesammelt haben. Ihre Werte wurden jedoch nie im Rahmen der Strahlenschutzgesetzgebung berücksichtigt“, erklärte sie.

„Unsere Studie zeigt, dass in der äußeren Schicht dieser extrem langsam wachsenden Knötchen bestimmte Stoffe, die Alphastrahlung aussenden, die in der Strahlenschutzgesetzgebung festgelegten Grenzwerte um das Hundert- bis Tausendfache überschreiten können“, fügte Volz hinzu.

Wiederholte Messungen der äußeren Schicht der Knötchen ergaben mehr als 5 Becquerel pro Gramm (eine Menge radioaktives Material, in der ein Kern pro Sekunde zerfällt) Radium-226. Dies steht im Gegensatz zum deutschen Grenzwert von 0,01 Becquerel pro Gramm, der in der deutschen Strahlenschutzverordnung festgelegt ist.

Sabine Kasten, Ph.D., eine der Studienautorinnen und Forscherin am Helmholtz-Zentrum, erklärte, dass sich die Forschung darauf konzentrierte, wie Tiefseebergbau Ökosysteme im Pazifischen Ozean beeinflussen könnte.

„Unsere neue Studie zur Radioaktivität von Manganknollen zeigt, dass neben den Folgen für Meeresökosysteme auch Gefahren für die menschliche Gesundheit im Zusammenhang mit dem Abbau und der Verarbeitung von Manganknollen sowie der Verwendung von auf dieser Basis hergestellten Produkten bestehen können.“ Dieser Aspekt muss unbedingt bei allen zukünftigen Planungen berücksichtigt werden“, erklärte sie.

In einem Interview mit Interesting Engineering (IE) erklärte Walter Geibert, Ph.D., Geochemiker, leitender Forscher am Alfred-Wegener-Institut und Mitautor der Studie, dass das Team trotz der Erwartung hoher Radioaktivitätswerte ziemlich überrascht war Ergebnisse.

„Insbesondere die hohe Akkumulationsrate des radioaktiven Edelgases Radon war eine neue Erkenntnis. Daher kann der Umgang mit Manganknollen ohne Schutzausrüstung ein Gesundheitsrisiko darstellen. Dies geschieht nicht nur durch das Einatmen des bei der Verarbeitung entstehenden Staubs, sondern auch durch die hohen Radonkonzentrationen, die bei der Lagerung in schlecht belüfteten Räumen entstehen können. Einige radioaktive Stoffe könnten sich während/nach der Verarbeitung in den Knollenprodukten ansammeln, wie zum Beispiel Actinidum-227 in den Seltenerdelementen“, sagte Geibert.

Sabine Kasten/AWI

„Die Ergebnisse zeigen, dass die äußeren Teile der Knötchen von Natur aus Werte für bestimmte radioaktive Stoffe erreichen, die einige oder alle gesetzlichen Sicherheitsgrenzwerte überschreiten. Wir haben Werte gefunden, die weit über dem liegen, was wir normalerweise in natürlichen Proben messen. Wir haben auch herausgefunden, dass die Knötchen viel radioaktives Gas Radon freisetzen, sodass sich dieses auf hohe Werte ansammelt, wenn die Knötchen in geschlossenen Räumen aufbewahrt werden“, fügte er hinzu.

Sollten wir angesichts der Ergebnisse überhaupt darüber nachdenken, die Knollen abzubauen? Laut Geibert sind wir nicht die ersten Arten, die sie nutzen – auf oder in der Nähe der Manganknollen und -krusten lebt eine vielfältige und reiche Ansammlung von Tiefseeorganismen. „Und das tun sie schon lange und brauchen sie wahrscheinlich dringender als wir“, betonte der Wissenschaftler.

„Ich denke, wir Menschen können aus Manganknollen viel über extreme mikrobielle Lebensformen und über vergangene Meeresbedingungen lernen. Ansonsten denke ich, dass die Menschheit auf lange Sicht den größten Nutzen daraus ziehen wird, die Manganknollen dort zu belassen, wo sie jetzt sind. Wir kennen ihre Funktion in der Chemie der Ozeane noch nicht wirklich, aber angesichts ihres Vorkommens und der riesigen Fläche, die sie bedecken, glaube ich, dass sie langfristig eine entscheidende Komponente des Erdsystems sind, die den Austausch zwischen Meeresboden und Ozean reguliert.“

Dies wirft jedoch die Frage auf, welche negativen Folgen ein umfangreicher Abbau von Manganmodulen sowohl für die Meeresökosysteme als auch für den Menschen haben könnte. „Das Ökosystem, das auf und um die Knollen herum lebt, wird durch den Bergbau dauerhaft zerstört. Wir wissen, dass [die Knötchen] Millionen von Jahren brauchen, um zu wachsen, daher wird es in dieser Form einfach keine Erholung geben. „Es gibt keinen nachhaltigen Tiefseebergbau“, betonte Geibert gegenüber IE.

„Über die Folgen für den Menschen wissen wir nicht genau, außer dass der Umgang mit den Knollen vorsichtig erfolgen sollte, nicht nur wegen der darin enthaltenen und freigesetzten Radionuklide, sondern auch, um eine Belastung durch die Schwermetalle zu vermeiden, die den Grund für den Abbau darstellen.“ sie“, fügte der Forscher hinzu.

Geibert gab bekannt, dass das Hauptaugenmerk seines Teams in Zukunft darauf liegen wird, Antworten darauf zu finden, warum und wie die Knötchen tatsächlich wachsen. „Vielleicht können wir dann etwas über ihre Funktion sagen. „Wenn es in Zukunft Projekte gibt, die die Umweltauswirkungen des Bergbaus untersuchen, werden wir uns vielleicht wieder beteiligen – aber ich glaube auch, dass wir bereits genug wissen, um sagen zu können, dass der Meeresboden in der Tiefsee durch die Entfernung der Knollen dauerhaft verändert wird“, sagt er hinzugefügt.

„Ich gehe davon aus, dass viele Behörden und Unternehmen nun ihre eigenen Analysen durchführen wollen. Wir brauchen mehr Wissen, Ausbildung und mehr Analyseeinrichtungen, um die natürliche Radioaktivität zu messen. „Die meisten Menschen denken bei dem Begriff „radioaktiv“ nur an Kernkraftwerke, aber tatsächlich handelt es sich dabei um ein äußerst leistungsfähiges Instrument, um die natürliche Umwelt in so vielen Aspekten zu untersuchen“, so Geibert.

HR/IT

Auf der Suche nach kritischen Elementen werden polymetallische Knollen am tiefen Meeresboden im Abgrund für den Bergbau gezielt eingesetzt. Knötchen fangen effizient mehrere natürlich vorkommende Radioisotope der Uranreihe ab und halten sie zurück, die beim Zerfall überwiegend Alphastrahlung emittieren. Hier präsentieren wir neue Daten zu den Aktivitätskonzentrationen von Thorium-230, Radium-226 und Protactinium-231 sowie zur Freisetzung von Radon-222 in und aus Knötchen des nordöstlichen Pazifischen Ozeans. Im Einklang mit zahlreichen veröffentlichten Daten aus historischen Studien zeigen wir, dass die Aktivitätskonzentrationen für mehrere Alpha-Strahler an der Oberfläche der Knötchen häufig höher als 5 Bq g−1 sind. Diese beobachteten Werte können die aktuellen Ausnahmewerte um bis zu den Faktor 1000 überschreiten, und sogar ganze Knoten überschreiten diese Grenzwerte häufig. Für natürlich vorkommende radioaktive Stoffe (NORM) wie Erze und Schlacken gelten Ausnahmewerte, um die Öffentlichkeit zu schützen und den Arbeits- und Strahlenschutz zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang diskutieren wir drei Arten der Strahlenbelastung durch Knötchen, darunter das Einatmen oder Verschlucken von Knötchenfeinpartikeln, das Einatmen von Radongas in geschlossenen Räumen und die potenzielle Konzentration einiger Radioisotope während der Knötchenverarbeitung. Vor diesem Hintergrund birgt der unsachgemäße Umgang mit polymetallischen Knollen erhebliche Gesundheitsrisiken.