Mit der gemeinsam von der ETHZ und dem PSI/Villigen betriebenen Beschleunigermassenspektrometrie-Anlage koennen u. a. auch die vier wichtigsten langlebigen kosmogenen Radionuklide (10-Bo, 14-C, 26-Al, 36-Cl) in Milligramm-Proben in Isotopenkonzentrationen von unter 10(-12) nachgewiesen werden. Die Messung dieser Radioisotope in den wichtigsten Reservoirs und Archiven unserer Erde (Ozean, Grundwasser, polares Eis, Tiefsee- und Seesedimente, Manganknollen) liefert Informationen mit unterschiedlicher Zeitaufloesung ueber solare, geomagnetische, klimatische und hydrologische Veraenderungen waehrend der letzten ca. 15 Mill. Jahre. Mit diesen Daten koennen die vorhandenen Modelle fuer das globale Klima, den Kohlenstoffkreislauf und den Ozean ueber laengere Zeitraeume getestet werden.
In dem vorgeschlagenen COSEMIO-Projekt werden Fragen der Bild- und Videoanalyse im Kontext von Überwachungsprozessen beim Unterwasserbergbau bearbeitet. In allen Phasen des Bergbaus (z.B. Pre-/Post-Impact Assessment, siehe CCT1 im Hauptantrag) wird erwartet, dass große Mengen Bild-/ Videodaten mit einer Vielzahl von Plattformen gesammelt werden, z.B. OFOS (Ocean Floor Observation System), AUV (Autonomous Underwater Vehicle), ROV (Remote Operating Vehicles). Diese große Menge an akkumulierten Bild- und Videodaten (mit einigen Bildern, die eine Fläche von ca. 400 qm pro Bild abdecken) muss für die Einflussabschätzung beim Bergbau ausgewertet werden, wie z.B. Sedimentablagerungsmuster, Habitatinformationen, Belegungsmuster von Manganknollen und nicht zuletzt lokale Fauna. Ein großer Teil dieser Bild- und Videoauswertung wird von menschlichen Beobachtern durchgeführt, die gemeinsam Regionen mit vordefinierten semantischen Kategorien/Morphotypen oder Taxonomien im Bild/Video annotieren und die Annotationsergebnisse mit Geoinformationen verknüpfen. Um die Anwender bei dieser Aufgabe zu unterstützen, wird BIIGLE 2.0 teilweise strukturell erneuert und um neue Funktionen erweitert. Erstens wird ein neues Benutzer- und Datenverwaltungssystem, welches auf einem neuen globalen BIIGLE-Server installiert ist, den Benutzern die Interaktion und Zusammenarbeit auf einer neuen Ebene ermöglichen und die Standardisierung der Annotation unterstützen. Zweitens wird ein neues integriertes Video-Annotationstool implementiert, das auf die Bedürfnisse des MiningImpact2-Projekts zugeschnitten ist. Drittens wird eine spezielle Visualisierungstoolbox implementiert, die es den Nutzern ermöglicht, die Annotationsergebnisse (und deren temporale Schwankungen) auf geografischen Karten (wie z.B. Bathymetriekarten oder Mosaiken) anzuzeigen.
Um den global wachsenden Rohstoffbedarf zu decken sind Mineralvorkommen der Tiefsee, worunter auch Manganknollen, in das Blickfeld von Politik und Wirtschaft gerückt. Tiefseebergbau könnte jedoch zu einer Veränderung der vom Eingriff direkt und indirekt betroffenen Ökosysteme am Meeresboden und der darüber liegenden Wassersäule führen. In der zweiten Phase des Projektes MiningImpact soll in 2020 das Aufnahmesystem eines Kollektors der belgischen Firma DEME-GSR getestet und die Umweltauswirkungen mit modernsten Monitoring- und Beprobungstechnologien untersucht und erstmalig quantitativ erfasst werden. Das Konsortium fokussiert insbesondere auf drei Forschungsschwerpunkte: (1) die Ausbreitung und großflächige Auswirkung der aufgewirbelten Sedimentwolke, (2) die regionale Konnektivität von Arten und Biodiversität sowie deren Belastbarkeit bezüglich Störungen, und (3) die integrierten Effekte auf Ökosystemfunktionen wie benthische Nahrungsketten und biogeochemische Prozesse. Als Testgebiete wurden das bereits gut erforschte deutsche Lizenzgebiet und das belgische Lizenzgebiet im NE Pazifik (Clarion-Clipperton Zone, CCZ) ausgewählt.
Um die Umweltrisiken der abbaubedingten, feinpartikulären Sedimentwolke beurteilen und die Prozesse des vertikalen und horizontalen Sedimenttransports in der Wassersäule besser einschätzen zu können, möchte die BGR in Zusammenarbeit mit einigen nationalen und internationalen Partnern des Projektes die räumlichen und zeitlichen Variationen der bodennahen Partikelflüsse, Partikelgröße-Verteilungen, Aggregatgeochemie und Hydrographie vor, während und nach dem Kollektortest analysieren. Dazu werden Strömungsverankerungen mit ADCPs und RCMs, CTDs und Sinkstofffallen ausgesetzt, die über längere Zeiträume am Meeresboden stehen und hochauflösende Datenreihen erheben. Die in der ersten Phase des MiningImpact-Projektes entwickelten hydrodynamischen Modelle zur Ausbreitung der aufgewirbelten Sedimentwolke werden durch die neuen Werte der natürlichen und testabbau-bedingten Partikelflüsse in der Wassersäule und am Meeresboden verifiziert bzw. angepasst um ein 'up-scaling' der Auswirkungen auf industriellen Maßstab zu ermöglichen.
Die Gesamtergebnisse des Projektes schaffen eine bessere Grundlage für die Abschätzung von Prozessen und Dauer der Störungs- und Erholungsphasen sowie ihr Vermögen, sich auf Umweltstörungen einzustellen, anzupassen und gestörte Areale zu wiederbesiedeln. Sie liefern fundamentale Erkenntnisse zum wissenschaftlichen Verständnis von Tiefsee-Ökosystemen und für die Evaluierung, das Monitoring, die Entwicklung von zuverlässigen Regelwerken und das Minimieren negativer Einflüsse eines möglichen zukünftigen Manganknollenabbaus in der CCZ.
Im Rahmen des Vorhabens soll die Entwicklung von Umweltstandards für den Abbau mariner mineralischer Rohstoffe und eine fachliche Begleitung der Entwicklung weiterer 'Mining Codes' durch die Internationale Meeresbodenbehörde (ISA) erfolgen. Die ISA hat in den letzten Jahren mit den 'Mining Codes' Umweltanforderungen für die Exploration von Manganknollen, Mangankrusten und polymetallischen Sulfiden formuliert. Diese 'Mining Codes' wurden von den Vertragsstaaten akzeptiert und sind anzuwenden. Umweltanforderungen für den Abbau (Exploitation) der o.g. marinen mineralischen Rohstoffe wurden bisher nicht erarbeitet. Diese Arbeiten zur Entwicklung von 'Mining Codes' die den Abbau dieser Rohstoffe regeln, sind in Vorbereitung. Diesen Prozess soll das F+E Vorhaben u.a. unterstützen. Die Zeit zur Ausarbeitung anspruchsvoller Umweltanforderungen drängt, da die ersten Abbaulizenzen für das Jahr 2016 beantragt werden können. Das bedeutet nicht, dass damit unmittelbar ein Abbau stattfinden muss. Ab Lizenzerteilung hat der Antragsteller 15 Jahre Zeit, mit dem Abbau zu beginnen. Es gibt gegenwärtig keine einsatzbereite Technik zum Abbau in der Tiefsee. Der Generalsekretär der ISA hat wiederholt zum Ausdruck gebracht, dass ein Beitrag Deutschlands zur Entwicklung anspruchsvoller Umweltstandards (ökologischer Leitplanken) beim Abbau mariner metallischer Rohstoffe außerordentlich begrüßt würde.
Der Abbau und die Verarbeitung der Manganknollen sind als wirtschaftliche Chance zu verstehen, die gleichzeitig jedoch mit Risiken verbunden ist. Das in Deutschland vorhandene technologische Wissen muss dazu verwendet werden, einen umweltverträglichen Abbau der Manganknollen zu gewährleisten und einen ökonomischen Prozess zur metallurgischen Verarbeitung zu entwickeln, der gleichzeitig ökologisch verantwortungsvoll ist. In diesem Forschungsvorhaben soll ein solcher metallurgischer Prozess anhand von synthetischen Manganknollen untersucht werden. Im Demonstrationsmaßstab werden synthetische Manganknollen in einem Elektrolichtbogenofen zur Prozessparameteroptimierung aufbereitet, um die Wertmetalle Nickel, Kobalt und Kupfer aus dem Material zu separieren und mögliche Schwachstelle zu identifizieren/abzustellen. Die dabei anfallende schmelzflüssige Mineralphase enthält die oxidische Gangart und Manganoxide. Im Sinne des 'Zero-Waste' Gedankens, wird diese entsprechend konditioniert, um als Rohstoff für die Gewinnung von Manganlegierungen verwendet werden zu können.