23.05.2023

Hohe Radioaktivität in Manganknollen

Natürliche Aktivität von Radium-226 überschreitet Grenzwerte deutlich.

Manganknollen am Grund der Tiefsee enthalten wertvolle Metalle, die etwa für die Elektro- und Stahlindustrie von zentraler Bedeutung sind. Um die steigende Nachfrage nach Rohstoffen wie Kobalt und Seltenen Erden zu decken, setzen Industrie und einige Staaten deshalb große Hoffnungen in den Tiefseebergbau. Dass der nicht nur ökologische Folgen hat, sondern auch zu einer Gesundheits­gefährdung bei der industriellen Gewinnung und Verarbeitung der Knollen führen kann, zeigen nun Forschende des Alfred-Wegener-Instituts. Demnach überschreitet etwa die Aktivität von Radium-226 in den Knollen einen in der deutschen Strahlenschutz­verordnung festgelegten Grenzwert teilweise um das Hundert- bis Tausendfache.

Abb.: Mehrere am Meeresgrund gesammelte Manganknollen. (Bild: AWI)
Abb.: Mehrere am Meeresgrund gesammelte Manganknollen. (Bild: AWI)

Die kartoffel­großen Manganknollen finden sich in allen Ozeanen, vor allem aber im Pazifik in 4.000 bis 6.000 Meter Wassertiefe. Sie bilden sich sehr langsam über mehrere Millionen Jahre hinweg und enthalten wertvolle Metalle wie Kupfer, Nickel, Kobalt oder Seltene Erden. In den letzten Jahren rückten daher verstärkt Manganknollen und Tiefsee­bergbau in den Fokus von Wirtschaft und Politik. Besonders große Mengen von Mangan­knollen finden sich in den Tiefen der Clarion-Clipperton-Zone im Nordpazifik zwischen Mexiko und Hawaii. Eine Reihe von Staaten – darunter auch die Bundesrepublik Deutschland – hat dort Explorations­lizenzen erworben, um zunächst Referenzdaten in den Lizenzgebieten zu erheben und darauf aufbauend die möglichen ökolo­gischen Auswirkungen eines kommerziellen Abbaus von Manganknollen auf die Tiefsee zu ermitteln. Im Juli 2023 will die zuständige Internationale Meeresboden­behörde (ISA) konkrete Regeln für die industrielle Förderung festlegen.

„Seit 2015 untersuchen wir im Rahmen der vom Bundes­ministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekte der Joint Programming Initiative Ozeane – MiningImpact und MiningImpact2 – in einem internationalen Konsortium von mehr als dreißig Partner­institutionen, welche Auswirkungen der Tiefsee­bergbau auf die Lebensräume und Ökosysteme der Sedimente und der Wassersäule im Pazifik haben würde“, erklärt Sabine Kasten, AWI-Projektleiterin der MiningImpact-Vorhaben. „Unsere neue Studie zur Radioaktivität von Mangan­knollen zeigt nun, dass sich neben den Folgen für die Meeres­ökosysteme auch potenzielle Gesundheits­gefahren für Menschen im Zusammenhang mit der Förderung und Verarbeitung von Manganknollen sowie der Nutzung der daraus gewonnenen Produkte ergeben können. Diese müssen bei den weiteren Planungen dringend berücksichtigt werden.“

Für ihre Analyse haben die Forschenden Manganknollen untersucht, die im Zuge von zwei Expeditionen 2015 und 2019 des Forschungs­schiffs Sonne in der Clarion-Clipperton-Zone gewonnen wurden. „Aus früheren Studien war bereits bekannt, dass die äußere Schicht der Mangan­knollen auch natürliche radioaktive Stoffe wie Thorium-230 und Radium-226 enthält, die sie über lange Zeiträume aus dem Meerwasser anreichern. Allerdings wurden diese Werte bisher noch nicht im Kontext der Strahlenschutz­gesetzgebung betrachtet“, sagt Forscherin Jessica Volz. „Unsere Studie zeigt nun, dass die äußere Schicht der extrem langsam wachsenden Knollen für bestimmte Alphastrahler Werte des Hundert- bis Tausendfachen einiger Grenzwerte erreichen kann, die im Rahmen von Strahlenschutz­regelungen gesetzt sind“.

Für Radium-226 etwa konnte das Team Aktivitäten von oftmals mehr als fünf Becquerel pro Gramm auf der Außenseite der Manganknollen nachweisen. Zum Vergleich: Die deutsche Strahlenschutz­verordnung sieht für eine unein­geschränkte Freigabe Höchstwerte von lediglich 0,01 Becquerel pro Gramm vor. Und selbst beim Umgang mit Altlasten aus dem Uranerz­bergbau muss je nach Situation bereits oberhalb von gemessenen Höchstwerten von 0,2 beziehungsweise 1 Becquerel pro Gramm eine genaue Gefährdungs­prüfung erfolgen. „Obwohl wir aus früheren Studien wussten, dass wir in den Knollen mit einer beträchtlichen Radioaktivität rechnen müssen, hat uns die tatsächlich gemessene Höhe doch überrascht“, erklärt AWI-Forscher Walter Geibert. „Besonders die hohe Bildungsrate des radioaktiven Edelgases Radon war ein neuer Befund. Damit kann der ungeschützte Umgang mit Manganknollen ein Gesundheits­risiko darstellen. Und das nicht nur beim Einatmen der bei ihrer Verarbeitung entstehenden Stäube, sondern auch durch die hohen Radon-Konzen­trationen, die sich beim Lagern in schlecht belüfteten Räumen bilden. Auch in den angestrebten Produkten aus Manganknollen dürften sich einige radioaktive Stoffe anreichern, so zum Beispiel Actinium-227 in den Seltenen Erden.“

Ob alle Mangan­knollen verschiedener Tiefsee­regionen solche Werte erreichen und wie auf Basis dieser neuen Erkenntnisse die ökologischen, ökono­mischen und sozialen Risiken von Tiefsee­bergbau und der Verwertung von Mangan­knollen einzuschätzen sind, wollen die Forschenden in Folgestudien herausfinden.

AWI / JOL

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