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Manganknollen

Inhaltsverzeichnis


Manganknollen
Manganknollen

Manganknollen auf dem Meeresboden des Pazifik;
Foto: Adrignola

USGS Public Domain

Im gesamten Verlauf der Erdgeschichte sind durch chemische Reaktion zwischen älteren Gesteinen und äußeren Kräften wie der Atmosphäre und den Meeren Manganerze entstanden und abgelagert worden.

Diese Prozesse dauern bis heute an: Am Boden der Tiefsee (ca. 3 bis 5 km tief), vor allem im Pazifik, bilden Metalloxide auf dunklen Schlamm- oder Tonschichten dunkle polymetallische Knollen oder schalige Aggregate.

Manganknollen kommen auch auf dem Festland in Sedimenten vor.


Charakteristische Eigenschaften

Manganknollen sind klumpige (knollige) polymetallische Aggregate, die bis zu 27 % aus dem Metall Mangan bestehen. Sie sind in Tiefen zwischen 4000 und 6000 Metern auf dem Meeresboden zu finden. Andere Elemente wie Kupfer, Cobalt, Zink und Nickel sind mit 0,2–1 % enthalten, der Eisenanteil liegt bei 15 %.

Manganknollen sind meist kugelig-nierig bis hin zu kartoffelförmig. Ihr Inneres ist i.d.R. pulverig und weich. Die durchschnittliche Größe beträgt ca. 5 cm Durchmesser (mit Abweichungen). Größere Knollen erreichen Durchmesser bis zu 20 cm. Auf einem Quadratmeter Meeresboden können bis ca. bis zu 60 kg Manganknollen liegen.

Manganknollen bilden keine Kristalle aus. Stattdessen haben sie Schichten, den Häuten einer Zwiebel ähnlich, die einen aus verschiedenen Materialien bestehenden Kern (z.B. ein Sandkorn oder einen Fischzahn) umgeben. Sie bilden sich um kleine feste Kerne als dünne chemische Ausfällungen, die sowohl aus dem weichen Sediment wie auch dem Meerwasser gespeist werden. Streng genommen handelt es sich um Ausfällungsprodukte, welche siche sich konzentrisch um einen Ausgangskern gelagert haben.


Entstehung

Manganknollen wachsen extrem langsam (ca. 5 mm in einer Million Jahre). Etwa 15 % des Mangans stammen aus den Kalkschalen ehemaliger Kleinstlebewesen, die sich an der Calcit-Kompensationstiefe auflösten. Dieser Anteil wird als hydrogenetischer Anteil bezeichnet. Der Großteil des Mangans entstammt aber dem Sediment. Während das Mangan im Sediment in seiner zweiwertigen Form gelöst in Porenwässern vorliegt, wird es beim Erreichen des Meeresbodens von den sauerstoffreichen antarktischen Bodenströmungen in seine vierwertige Form aufoxidiert und liegt damit als wasserunlösliches MnO2 vor. Auf die gleiche Weise wird das von oben kommende biogene zweiwertige Mangan abgelagert.

Eine Hypothese zur Bildung ist, daß Wasser die Elemente aus dem warmen Meeresboden herauslöst, dann das aufgewärmte Wasser in heißen Quellen wieder aus dem Boden herausdringt und die Elemente sich im nun kälteren Wasser ablagern. (Exhalation durch unterseeische heiße Quellen in den mittelozeanischen Rücken; wie jedoch das Mangan durch das Meerwasser transportiert wird um sich dann am Meeresboden als Knollen zu akkumulieren, ist bisher nicht bekannt.)

Eine weitere Vermutung ist, dass das Rohmaterial zur Bildung der Manganknollen aus den Kontinentalrändern herausgewaschen wird.

Eine andere Hypothese ist, daß sich die Elemente in abgestorbenen Tier und Pflanzenresten befanden (bio-geochemische Kreisläufe im bodennahen Wasserkörper und an den Grenzflächen zwischen Meeresboden und Wasser.) Die Schalen der Meerestiere werden in dieser Tiefe zersetzt und das Wasser nimmt alle darin enthaltenen Mineralien auf. Durch Strömungen gelangt das Wasser dann in kältere Gebiete, wo es die enthaltenen Elemente wieder abgibt.

Die Wachstumsrate der Manganknollen ist gering und liegt bei ca. 1 mm pro 1 Mio. Jahre; es wird jedoch angenommen, daß das Wachstum der Knollen in einigen Vorkommen erheblich schneller abläuft. (Ein angebliches Indiz: Es sollen schon schon Reste von modernem Müll, wie Coladosen, in Knollen gefunden)


Chemische Zusammensetzung

Die chemische Zusammensetzung der Manganknollen ist relativ beständig.

  • Hauptbestandteile sind: (neben Eisenoxiden) bis zu 35-40% ( lt. USGS CMG max. 20 % Mangan)Mangan
  • Metallische Nebenbestandteile (ca. 15 %)
  • Eisen (wechselnd, auch in Form des Fe-Hydroxids Feroxyhyt)
  • bis zu 1,6% Nickel
  • bis zu 1,2% Kupfer
  • bis zu 1,0% Kobalt.
  • Kupferoxide, Zink, Chrom und Vanadium.
  • Weitere Nebenbestandteile: Calciumcarbonat, vulkanische Fragmente, Ton, Quarz, Calcit,

In manchen Meeresgebieten kommt es zur Bildung von polymetallischen Mangankrusten, welche aufgrund ihres Kobaltgehaltes auch als Kobaltkrusten bezeichnet werden. Diese Mn-Co-Knollen können bis zu 15 cm Durchmesser groß werden und eine andere Zusammensetzung als die o.a. Manganknollen haben.


Lagerstätten

Manganknollen sind potentielle Erze, ihr weltweites Vorkommen wird auf ca. 10 Mrd. to geschätzt. Die reichsten Manganknollen-Lagerstätten befinden sich im südöstlichen Pazifik ( Peru-Becken) und im Indischen Ozean. Man geht davon aus, daß diese gewaltigen Erzmengen den weltweiten Bedarf an Mn, Ni, Co und Cu bis ins nächste Jahrhundert decken können. Da bisher die zum Abbau dieser Manganknollen erforderlichen Technologien noch nicht bestehen oder einfach noch zu teuer sind, ist eine wirtschaftliche Förderung zur Zeit nicht denkbar.


Bilder

Manganknolle
Manganknolle

Fundort: Südöstlich von Hawaii, Pazifik; 17.02 N 149.44 W, Tiefe: 5380 Meter; von der 14. Reise des FS D. Mendeljejew am 10.05.1975; ca. 27 % Mangan

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Manganknolle
Manganknolle

Mangangknolle aus dem Pazifik, ca. 20 cm groß

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Manganknolle
Manganknolle

Mangangknolle aus dem Atlantik (Portugal)

Parent Gery

Literatur

  • Annenberg/CPB Resources - Earth Revealed; 2005; The Sea Floor (USGS CMG Info Bank: Manganese Nodules)
  • Abramowski, T.; Stoyanova, V. (2012). "Deep-Sea Polymetallic Nodules: Renewed Interest as Resources for Environmentally Sustainable Developement". Proc 12th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2012. pp. 515 – 522.
  • Cronan, D. S. (1980). Underwater Minerals. London: Academic Press. ISBN 0-12-197480-4.
  • Cronan, D. S. (2000). Handbook of Marine Mineral Deposits. Boca Raton: CRC Press. ISBN 0-8493-8429-X.
  • Cronan, D. S. (2001). "Manganese nodules". In Steele, J.; Turekian, K.; Thorpe, S. Encyclopedia of Ocean Sciences. San Diego: Academic Press. pp. 1526–1533. ISBN 0-12-227430-X.
  • Earney, F. C. (1990). Marine Mineral Resources. London: Routledge. ISBN 0-415-02255-X.
  • Glover, A. G.; Smith, C. R. (2003). "The deep-sea floor ecosystem: current status and prospects of anthropogenic change by the year 2025.". Environmental Conservation 30 (3): 21–241. doi:10.1017/S0376892903000225.
  • Halbach, P., 1988; The manganese nodule belt of the Pacific Ocean – geological environment, nodule formation, and mining aspects; ISBN 3-432-96381-5
  • Kuhn, T. et al., 2011; : Tiefseeförderung von Manganknollen. In: Schiff & Hafen, Heft 5/2011, S. 78−83; Seehafen-Verlag, ISSN 0938-1643
  • Roy, S. (1981). Manganese Deposits. London: Academic Press. ISBN 0126010803.
  • Teleki, P. G.; Dobson, M. R.; Moore, J. R.; von Stackelberg, U. (1987). Marine Minerals: Advances in Research and Resource Assessment. Dordrecht: D. Riedel. ISBN 90-277-2436-9.

Links


Verfasser

  • Collector (mit Beiträgen von Peter Kohorst und Volker Annacker)

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