Kartografie der Meere: Laserinduzierte Technologie zur Unterstützung der Exploration von Mineralien in den Tiefen der Ozeane

Mineralressourcen in den Meeren haben in letzter Zeit aufgrund der steigenden Nachfrage nach Rohstoffen, die in intelligenter Elektronik, in der Medizinwissenschaft und in Produkten im Bereich erneuerbare Energien eingesetzt werden, große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Bei zunehmender Erschöpfung der Vorkommen von Metallen wie Kupfer, Nickel, Mangan, Zink, Lithium und Kobalt an Land wird der Abbau am Meeresboden als eine Möglichkeit gesehen, die vorhandenen Vorräte zu erhöhen. Es könnte allerdings ein kostspieliger Prozess sein, der auch Folgen für die Umwelt hat, insbesondere in Bezug darauf, wie er sich auf die biologische Vielfalt und die Ökosysteme auswirkt.

Die Kartografierung und Quantifizierung von Mineralien auf dem Meeresboden könnte bei der Exploration helfen. Genau das hat sich ein Forscherteam im Rahmen des EU-finanzierten Projekts ROBUST (Robotic subsea exploration technologies) vorgenommen. Laut einer Pressemitteilung haben Forscher des Projektpartners Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) mit Laser-Emissionsspektroskopie Zinkproben bei einem Druck von 600 bar vermessen. „Sie konnten zeigen, dass das am LZH entwickelte System der Laser-Emissionsspektroskopie für die Verwendung in der Tiefsee in Wassertiefen von bis zu 6 000 Metern geeignet ist.“

Das LZH arbeitet mit acht weiteren europäischen Partnern an der Entwicklung eines laserbasierten, autonomen Messsystems für die Nutzung unter Wasser. „Das System soll Proben wie Manganknollen erkennen und ihre Materialzusammensetzung direkt auf dem Grund der Tiefsee analysieren.“

In derselben Pressemitteilung wird erläutert, dass es sich bei der Laser-Emissionsspektroskopie um eine „kontaktlose und praktisch nicht destruktive Methode für die Analyse chemischer Elemente handelt“. Es kann Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase untersuchen und basiert auf der Erzeugung und Analyse von laserinduziertem Plasma. „Hier wird ein Laserstrahl mit hoher Energie auf die Probe fokussiert. Die Energie des Laserstrahls im Brennpunkt ist so hoch, dass Plasma erzeugt wird. Das Plasma wiederum emittiert eine elementspezifische Strahlung, die mit einem Spektroskop gemessen wird.“

Meeresbedingungen

Das Projektteam entwickelt und fertigt eine spezielle Druckkammer, um das System der Laser-Emissionsspektroskopie unter Tiefseebedingungen zu testen. Es kann eine Wassertiefe von 6 500 Metern mit einem Druck von bis zu 650 bar simulieren. „Die Kammer ist sowohl für Süßwasser als auch für Salzwasser geeignet und kann somit unterschiedliche Anwendungsszenarien simulieren. Die Laserstrahlung tritt durch ein Sichtfenster in die Druckkammer mit der zu analysierenden Probe ein,“ heißt es weiter in der Pressemitteilung.

Das laufende Projekt ROBUST befasst sich laut CORDIS mit der Notwendigkeit, „eine autonome, zuverlässige, kostengünstige Technologie für die Kartografie ausgedehnter Gelände in Bezug auf Mineralien und Rohstoffgehalt zu entwickeln“. Das Team glaubt, dass die Technologie dazu beitragen wird, die Kosten der Exploration von Mineralien auf effiziente und nicht zerstörende Art und Weise und mit minimalen Auswirkungen auf die Umwelt zu reduzieren. Auf der Website des Projekts wird erläutert: „Das unbemannte Unterwasserfahrzeug wird tauchen, die Ressourcen identifizieren, die mit der Laser-Emissionsspektroskopie durch 3D-Echtzeit-Kartografie des Geländes untersucht werden sollen (hydro-akustisch, Laserscanner, phototopografische Bildvermessung) und die Laser-Emissionsspektroskopie an den erforderlichen Standorten der Mineralienablagerungen auf dem Meeresgrund positionieren, um autonom qualitative und quantitative Analysen durchzuführen.“

Weitere Informationen:
Website des Projekts ROBUST