Flyttblock, Colo., USA:Sällsynta metalliska element som hittas i klumpar på djuphavsbotten förblir mystiskt avslöjade trots den skiftande sanden och sedimenten många ligor under havet. Forskare tror nu att de vet varför, och det kan ha viktiga konsekvenser för brytningen av dessa metaller samtidigt som den märkliga faunan på havets botten bevaras.

Tillväxten av dessa djuphavsknölar - metalliska klumpar av mangan, järn, och andra metaller som finns i alla stora havsbassänger - är en av de långsammaste kända geologiska processerna. Dessa ringade konkretioner, som är potentiella källor till sällsynta jordartsmetaller och andra kritiska element, växer i genomsnitt bara 10 till 20 millimeter varje miljon år. Men i ett av jordvetenskapens mest bestående mysterier, de lyckas på något sätt undvika att bli begravda av sediment trots sina lägen i områden där leran ackumuleras minst 100 gånger snabbare än knölarna växer.

Att förstå hur dessa agglomerationer av metaller förblir på den öppna havsbotten kan hjälpa geoforskare att ge råd om hur de kan komma åt dem för industriellt bruk. En ny studie publicerad denna månad i Geologi kommer att hjälpa forskare att förstå denna process bättre.

"Det är viktigt att all brytning av dessa resurser görs på ett sätt som bevarar de ömtåliga djuphavsmiljöerna där de finns, " sa huvudförfattaren Adriana Dutkiewicz, en ARC Future Fellow vid School of Geosciences vid University of Sydney.

Sällsynta jordartsmetaller och andra kritiska element är avgörande för utvecklingen av teknologier som behövs för koldioxidsnåla ekonomier. De kommer att spela en allt viktigare roll för nästa generations solceller, effektiva vindkraftverk, och uppladdningsbara batterier som kommer att driva revolutionen för förnybara energikällor.

Att lösa gåtan

Från att skura bottenströmmar till grävande djur, forskare har föreslagit ett antal mekanismer för att förklara denna gåta. Men att lösa det beror på en bättre förståelse för var knölarna finns och de miljöförhållanden som råder där. Nu publiceras en global studie i Geologi använder prediktiv maskininlärning för att undersöka vilka faktorer som styr placeringen av polymetalliska knölar. Resultaten ger nya insikter för att informera om djuphavsmineralprospektering såväl som dess reglering.

"International Seabot Authority förbereder för närvarande nya miljöbestämmelser för att styra djuphavsbrytning, " sa Dr. Dutkiewicz. "Vår analys representerar en global, datadriven syntes för att på ett opartiskt sätt informera om dessa policyer och hantering av djuphavsmiljön."

Dr. Dutkiewicz och medförfattarna Dr. Alexander Judge och professor Dietmar Müller kombinerade öppen åtkomstdata för tusentals polymetalliska knölar med globala datauppsättningar av viktiga miljöparametrar för att skapa en maskininlärningsmodell som rangordnar de faktorer som styr knölarnas placering. Den resulterande kartan förutsäger var polymetalliska knölar är mest sannolikt att uppstå.

Författarna blev förvånade över att hitta att knölarna globalt förekommer i regioner där bottenströmhastigheterna är alldeles för låga för att ta bort sediment. Istället, knölarna är förknippade med havsbottenfauna.

"Organismer som stjärnfiskar, bläckfiskar och blötdjur verkar hålla knölarna vid havsbottenytan genom att söka föda, gräver och intar sediment på och runt dem, ", sa Dr. Dutkiewicz. "Även om dessa organismer förekommer i relativt låga koncentrationer på den avgrundsdjupa havsbotten, de är fortfarande tillräckligt rikliga för att lokalt påverka sedimentackumulering."

Denna insikt stöds av direkta havsbottenobservationer av nodulfält av oberoende studier. "Vår slutsats är att djuphavsekosystem och knölar är oupplösligt förbundna, " sa Dr Dutkiewicz.

Studieresultaten tyder också på att de regioner där knölar är mest sannolikt att förekomma är mer omfattande än vad som tidigare antagits och inkluderar stora områden som ännu inte har utforskats - fynd med viktiga industriella såväl som bevarandeimplikationer.

"Vår karta lyfter fram regioner som kan vara viktiga ekonomiskt, "Dr Dutkiewicz sa, "men uppmärksammar samtidigt områden på havsbotten som kan vara hotspots för olika djuphavsorganismer som vi vet lite om."

Eftersom teknikerna som används av forskarna kan modifieras för att undersöka andra havsbottenegenskaper, detta tillvägagångssätt – såväl som slutsatsen att det finns en uppenbar "symbios" mellan djuphavsfaunan och knölarna – kan också få konsekvenser för framtida forskning om biologisk mångfald.

"De stora områdena i djuphavet är outforskade, "Dr Dutkiewicz sa, "så konsekvenserna av knölbrytning för djuphavsekosystem måste utvärderas noggrant."