Volatile und Fluide in Subduktionszonen

Ergebnisse

Fluidaufstieg am Kontinentalhang ist ein wichtiger Mechanismus, um Fluide, Gase und Sedimente von der Lithosphäre zur Hydrosphäre zu transportieren. Innerhalb der SFB- Arbeitsgebiete vor Costa Rica und Nicaragua wurden drei Hauptstrukturen gefunden, die wichtig für den untermeerischen Rückfluss von Wasser und Gasen, insbesondere Methan, sind. Diese sind (a) Schlamm Extrusionen (oder Schlammvulkane und Diapire), gebildet durch den Aufstieg von Fluiden, z. T. entlang von Spalten aus  großen Tiefen (Hensen et al. 2004), (b) Rutschungen verursacht durch Hanginstabilitäten und (c) Narben als Ergebnis der Subduktion von unterseeischen Bergen unter kontinentale Platten.
Chemolithoautotrophe  Lebensgemeinschaften, authigene Karbonate sowie Methanschwaden/-fahnen (= plumes) in der Wassersäule sind Ergebnisse dieser Aktivität. Die durch aufsteigende Kohlenwasserstoffe in Sedimenten bereitgestellte Energie wird von spezialisierten Lebensgemeinschaften, zusammengesetzt aus methanotrophen und sulfatreduzierenden Mikroorganismen, genutzt. Diese anaeroben mikrobiellen Konsortien liefern Sulfid, ein Endprodukt ihres Stoffwechsels, welches wiederum die Basis für cheomolithoautotrophe Lebensgemeinschaften bildet. Ein weiteres Ergebnis ihrer Aktivität ist die Ausfällung authigener Karbonate, welche eine permanente Senke für Methan und ein Langzeitarchiv der Aktivität darstellen.

Abb.: Die schematische Darstellung zeigt den Transport anorganischer Substrate, welche die Basis für spezialisierte Lebensgemeinschaften an „Cold Seeps“ darstellen.

Aus globaler Sicht ist der anaerobe mikrobielle Abbau von Methan von großer Bedeutung, da durch ihn ein Großteil des aufsteigenden Methans zurückgehalten wird, bevor es in die Hydrosphäre gelangt. Methan, welches diesen benthischen Filter passiert, wird zum Gegenstand physikalischer Transportprozesse in der darüberlegenden Wassersäule, wo es z.T. von aeroben Mikroorgansimen zersetzt wird. Ein sehr geringer Teil des Methans gelangt letztendlich in die Atmosphäre, wo es als Treibhausgas agiert. Methanemissionen vom Sediment in die Wassersäule werden mit Hilfe von Konzentrationsmessungen und Kohlenstoffisotopien untersucht.

Zu den interessantesten Ergebnissen unserer Forschung zählt die erste Abschätzung von Flüssen an unterschiedlichen aktiven Aufstiegsszenarien durch in-situ Experimente mit Landern, die durch Transport-Reaktions-Gleichungen interpretiert wurden. Diese Untersuchengen zeigen, dass die aerobe Methanoxidation weit weniger wirksamer als die Anaerobe (AOM) ist. Das Methan, was nicht im Sediment durch AOM oxidiert wird, wird zumeist komplett in das Bodenwasser  freigesetzt. Folglich spielt die anaerobe Methanoxidation eine weit größere Rolle innerhalb des benthischen Filters als die aerobe Methanoxidation (Linke et al., 2005).

Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass sich Methan- und Sauerstoffflüsse an cold seep Standorten, auf nur 40 cm horizontalen Abstands, um 3 Größenordnungen unterscheiden können, was die extreme Fokussierung und räumliche Variabilität  des Fluidflusses und der Methanfreisetzungen zeigt.

Diese räumlichen und stark zeitabhängigen Variationen von Flussraten erschweren großräumige Abschätzungen. Am Jaco Scarp, einer halbumschlossener unterseeischen Rutschung, nahmen, innerhalb eines Jahres, extreme Methananreicherungen, dramatisch ab. An den meisten Stellen gab es von Bakterienmatten bedeckte, inhomogen verteilte Methanemissionen. Häufig sind diese Habitattypen durch einen hohen Methanfluss charakterisiert, wodurch ein Teil des Methans den benthischen Filter passieren kann.

Videoaufnahmen von ROV-Tauchgängen, die während M66 durchgeführt wurden, wurden genutzt, um verschiedene Fluidsysteme anhand der Verteilung chemoautotropher Gemeinschaften und authigener Karbonate in diesem Gebiet zu katalogisieren.  Unterschiede im geochemischen Regime der „cold seeps“ spiegeln sich in der Zusammensetzung chemoautotropher Lebensgemeinschaften wider. Eine flächendeckende Erfassung dieser Indikatororganismen ermöglicht es, Fluidbestimmungen aus punktuellen Messungen auf größere Areale zu extrapolieren.