Grondstof uit de zee vat vuur aan land

Veel landen willen in de nabije toekomst met diepzeemijnbouw beginnen. Wetenschappers zagen onlangs iets dat die plannen een stuk ingewikkelder zou kunnen maken. Monsters van metaalertsen die zwavel bevatten begonnen plotseling te branden tijdens een labonderzoek. Dat berichtte het team van Amy Gartman van de US Geological Survey in Scientific Reports. De ertsen vliegen in brand doordat nanokristalliene mineralen, die gevormd worden bij chemische veranderingen van het oorspronkelijke mineraal, niet in een stabiele vorm overgingen. Daarom reageerden ze met zuurstof in de lucht en wekten ze hitte op, tot ze uiteindelijk begonnen te branden. Bij diepzeemijnbouw zouden bepaalde ertsen zo zware branden op schepen kunnen veroorzaken.

Afzettingen van zwavelhoudend erts, metaalsulfide, ontstaan in de buurt van onderzeese vulkaangebieden, vooral langs de mid-oceanische ruggen. Ze bevatten grote hoeveelheden metalen die belangrijk zijn voor de industrie, en sinds decennia werken regeringen, bedrijven en specialisten samen aan een methode om die grondstoffen te bergen. De ontvlambare monsters kwamen van een onderzoeksexpeditie naar de Escabanatrog, zo’n 200 kilometer voor de kust van Noord-Californië. Die is bijzonder rijk aan metaalsulfiden. Daar ontstaat nieuwe oceaankorst, en het vulkanisme dat daarmee samenhangt doet heet water door het gesteente en de afzettingen daarboven circuleren. Daarbij slaan metaalsulfiden neer, die door het water uitgeloogd werden uit de vulkanische gesteenten.

Jong en poreus

Daarna veranderen die mineralen verder, en die veranderingen zijn de oorzaak van hun brandbaarheid. Eerst zet zich pyrrhotiet af, daarna wordt dat omgezet in ijzerarm markasiet. Het mineraal behoudt daarbij de vorm van het pyrrhotiet, het vult precies dezelfde ruimte op. Maar markasiet heeft een kleiner volume. Het vormt daarom geen massief kristal, maar een poreus net bestaande uit nanokristallen met een heel groot oppervlak. Door de mechanische energie bij het breken begonnen de nanokristallen met zuurstof te reageren.

De doorslaggevende vraag is natuurlijk hoe vaak zulke reacties bij diepzeemijnbouw voorkomen. In afzettingen op het land van vergelijkbare ertsen komt zelfontbranding heel zelden voor. Die zijn natuurlijk wel miljoenen jaren oud en zijn in de loop van de tijd harder en dichter geworden. Het team van Gartman vermoedt dat ertsen uit de zee zich anders gedragen. De mariene afzettingen zijn jong en poreus, en kunnen dus beduidend reactiever zijn. Bovendien is er zo goed als niets bekend over de factoren die naast zuurstof een rol kunnen spelen. Zo zou licht de mineralen instabieler kunnen maken, of statische elektriciteit veroorzaken. Het is dus voorlopig volkomen onduidelijk in welke mate ontvlambare mineralen een probleem voor de diepzeemijnbouw vormen.