SO-210: ChiFlux

1. Wochenbericht: 22.09. - 29.09.201

Linke, Peter

German

SO-210: ChiFlux

5. Wochenbericht: 20. – 26.10.201

OceanRep

SO-210: ChiFlux      5. Wochenbericht: 20. – 26.10.2010  Die 5. Woche der Reise SO-210 war ausgefüllt mit abschließenden Arbeiten im Concepcion Methane Seep Area (CMSA), bevor mit dem Transit in das Arbeitsgebiet El Quisco begonnen wurde. Erschwert wurden die Arbeiten durch einen hohen Schwell bei fast Windstille, der von einem gewaltigen Tief in der Antarktis zu uns hochgeschickt wurde. Das Ein- und Ausholen des ROVs glich dem Abwarten eines Surfers auf die richtige Welle, um in unserem Fall das zentrale Gerät unserer Reise unbeschadet einzusetzen. Der 9. Tauchgang diente dem Einsammeln der am Tage zuvor ausgebrachten Messgeräte in den Fahrstuhl-Lander. Auf dem Weg dorthin erkundeten wir die Oberflächenmorphologie und Besiedlung der Kuppe, die eine charakteristische Abfolge von großen Tellerförmigen Vertiefungen und erhöhten Rändern zeigte.  An und auf diesen Rücken fanden wir z.T. recht lange Risse und Abbruchkanten im Sediment, die auf eine rezente Deformation des Meeresbodens hinweisen (Abb. 1).   Abb. 1: Risse im Sediment Abb. 2: Beprobung eines braunen Fleckens mit Pogonophoren Auf einem dieser Rücken konnten wir einzelne Flecken mit dichten Rasen von Pogonophoren beobachten und beproben (Abb. 2), so dass unsere Sammlung der charakteristischen Seep-Gemeinschaften nun komplett ist. Zum Abschluss des Tauchganges konnten die ROV-Piloten die ausgesetzten Meßinstrumente erfolgreich im Fahrstuhl-Lander plazieren. Da nicht klar war, wann dieser Lander geborgen werden könnte, wurde die benthische Kammer auf der Porch des ROV zurück zur Oberfläche transportiert. Nach erfolgreicher Bergung des ROV wurde noch ein nächtlicher OFOS-Survey auf dem Akkretionskeil durchgeführt. Schwerelotbeprobungen hatten hier interessante geochemische Anomalien im Porenwasser ergeben. Die Porenwasserprofile der Sedimente auf dem Akkretionskeil zeigen erhöhte Konzentrationen an Elementen wie Chlor und Brom. Ursache hierfür ist vermutlich die Alteration vulkanischer Aschen im Untergrund, wodurch große Mengen Porenwasser in neu gebildete Minerale eingebaut werden.  Hierdurch kommt es indirekt zu einer Anreicherung von Elementen, die sich normalerweise konservativ verhalten, d.h. an keinen chemischen oder biologischen Prozessen im Sediment beteiligt sind. Weiterführende geochemische und isotopische Untersuchungen an Land werden dazu beitragen die Bedeutung solcher Aschealterationsprozesse für das geochemische Budget der Subduktionszone besser abzuschätzen.   Am nächsten Tag konnte der Profiler-Lander noch bei grenzwertigen Wetterbedingungen geborgen werden. Der anschließende TV-Multicorer-Einsatz glich dem Blick eines Bungy-Jumpers auf den Meeresboden. Nach erfolgreicher Beprobung wurde auf weitere Probenahmen und die Bergung der beiden übrigen Lander verzichtet und die Kartierung der Rutschungen südlich von Concepcion fortgesetzt. Der nachlassende Wind ermöglichte uns dann jedoch am nächsten Tag dies nachzuholen. Beide Lander wurden geborgen und es konnte der 10. ROV-Tauchgang durchgeführt werden. Hierbei stand erneut die Beprobung von Karbonaten im Vordergrund und es gelang diesmal sogar mit der Kettensäge eine aktive Ausstromöffnung im anstehenden Karbonat zu beproben  (Abb. 3). In der Nacht wurden dann 2 weitere Schwerelote im Akkretionskeil abgeteuft. Am 23. Oktober wurde der 11. ROV-Tauchgang  an einer Rückenstruktur ausgeführt, die am Anfang der Reise nur mit dem OFOS erkundet worden war. Hier gelang es, zahlreiche anstehende Karbonate sowie einzelne Seep-Gemeinschaften gezielt zu beproben.  Ähnlich einer Oase in der Wüste entdeckten wir eine lokale aktive Ausstromöffnung am Fuße eines Hanges, um die sich Bakterienmatten, riesige Muscheln der Gattung Archivesica Sp. und Röhrenwürmer angesiedelt hatten (Abb. 4). Dieses Habitat wurde intensiv beprobt, um die Heterogenität von Methanflüssen und chemosynthetischer Aktivität auf engem Raum zu untersuchen. In der Nacht bis zum Mittag des folgenden Tages wurde versucht, die Valdez und Reloca Rutschungen mit dem Schwerelot zu beproben.   Abb. 3: Beprobung einer aktiven Ausstromöffnung im anstehenden Karbonat mit der hydraulischen Kettensäge am ROV. Deutlich sind die verschiedenen Farbmuster und Bänderung im Karbonat zu erkennen. Abb. 4: Eine Oase am Fuße eines Hanges. Hier wurden die Habitate Bakterienmatte, Muschelfeld (Archivesica Sp.) und Röhrenwürmer mit Pushcores des ROV beprobt, um Gradienten in mikrobieller Aktivität und geochemischer Parameter im Sediment zu untersuchen.  Danach begaben wir uns auf den Transit in das Arbeitsgebiet El Quisco, welches in unmittelbarer Nähe zum Ausgangs- und Zielhafen Valparaiso liegt. Hier wurde der Profiler-Lander für die restlichen Tage der Reise abgesetzt. Die Messungen der ersten beiden Verankerungen haben eindeutige Hinweise auf die Kopplung der Sauerstoffflüsse mit dem bodennahen Strömungsregime gegeben, die mit dieser Messung bestätigt werden soll. Weiterhin wurde mit einem CTD- und Multicorer-Profil durch die Sauerstoffminimumzone begonnen und ein Schwerelot im Bereich der Taza Rutschung gezogen. Die eingehende Vermessung dieses Bereiches zeigte eine Überdeckung der Rutschung mit rezenten Sedimenten, so dass wir uns von dem gewonnenen Sedimentkern eine Altersabschätzung der Rutschung erhoffen.   Am 26.10.2010 wollte das ROV-Team endlich wissen, ob ihr Arbeitsgerät mit seinen vielen technischen Komponenten nun auch den Namen „6000“ zu Recht trägt. Bei äußerst günstigen Wetterbedingungen und nach langen 3 Stunden kam der Tiefseeboden an den Monitoren im Kontrollraum in Sicht (Abb. 5). Die eingebaute CTD zeigte eine Tiefe von 5988m, der DigiQuarz-Sensor des ROV zeigte immerhin 6057m. Es freut uns alle, die maximale Tauchtiefe ohne Schäden erreicht zu haben, besonders vor dem Hintergrund des Tauchunfalles und der gelungenen Reparatur des ROV.      Abb. 5: Tauchen am Limit: Blick über die Schultern der ROV-Piloten auf die Monitore und die Tiefenanzeige im Kontroll -Container des ROV.  Der nächste Tauchgang ist für morgen geplant, dann allerdings nur in 350m Wassertiefe im Arbeitsgebiet El Quisco, wo der Profiler-Lander noch verankert ist. Nach Beendigung des Profiles durch die Sauerstoffminimumzone muss leider schon mit dem Abbauen und Zusammenpacken des umfangreichen Expeditionsmaterials begonnen werden, da wir bereits am Samstag, den 30.10.2010 in Valparaiso einlaufen. Im Hafen werden dann am Wochenende die insgesamt 11 Container beladen, da am 1.11.2010 katholischer Feiertag in Chile ist und dort die Arbeit ruht.  Insgesamt gesehen können wir auf eine vom Wetter her sehr wechselhafte, von den erzielten Proben und Ergebnissen sehr erfolgreiche Expedition zurückblicken, deren Auswertung uns helfen wird, die Untersuchungen des Subduktionssystemes vor Chile in einen größeren Kontext zu stellen. Im möchte mich daher im Namen aller Fahrtteilnehmer bei Kapitän Lutz Mallon und seiner gesamten Crew für die überaus angenehme und professionelle Zusammenarbeit und Unterstützung bedanken.     Es grüßt im Namen der wissenschaftlichen Besatzung die Daheimgebliebenen,  Peter Linke (Fahrtleiter SO-210)    

5. Wochenbericht SO210/2

SO-210: ChiFlux      1. Wochenbericht: 22.09. - 29.09.2010  Am 22.09. um 10:30 schiffte sich der Voraustrupp bestehend aus 12 Wissenschaftlern und Technikern in Valparaiso (Chile) auf FS SONNE ein. Unmittelbar nach dem Einschiffen wurde mit Mitgliedern der Besatzung und einer Gruppe von Hafenarbeitern mit dem Löschen und Verladen von 11 Containern wissenschaftlicher Ausrüstung begonnen. Zeitgleich bearbeiteten Taucher den dichten Bewuchs des Schiffrumpfes, der bereits 1/3 der Multibeam-Schwinger bedeckte und damit die hydroakustische Vermessung und die Fahrtgeschwindigkeit stark beeinträchtigte. An Bord wurde ein Kühlcontainer im unteren Stauraum sowie 3 der 5 ROV-Container und 1 Container mit Kernmaterial an Deck verstaut. Die Beladearbeiten waren am 23.09. um 16:00 abgeschlossen, so dass mit dem Aufbau der Großgeräte begonnen werden konnte. Auf dem vollgepackten Deck (Abb. 1) befinden sich neben dem Schwerelot und dem ROV Kiel 6000 noch ein TV-Greifer, ein Multicorer, ein Videoschlitten sowie insgesamt 4 Lander des IFM-GEOMAR, die ebenfalls videogeführt am Meeresboden abgesetzt werden können. Am 24.09. um 13:00 schiffte sich dann der Haupttrupp mit 14 Wissenschaftlern und Technikern ein und begann sofort mit dem Auspacken der zahlreichen Kisten und dem Einrichten der Labore. Am Morgen des 25.09. traf dann unser chilenischer Partner und Beobachter ein, so dass die wissenschaftliche Crew der Reise SO-210 komplett war und FS SONNE um 15:00 den Hafen verlassen konnte. Auf Reede wurde dann der erste Test zur Funktion und Handling des ROV auf dem Achterdeck erfolgreich durchgeführt, so dass wir mit 12 Knoten Fahrt Kurs auf die 1. Station nehmen konnten. Die Expedition SO-210 zum Kontinentalrand von Chile (ChiFlux) ist die letzte Ausfahrt im Rahmen des Sonderforschungsbereiches (SFB) 574. Das übergreifende Ziel des SFB 574 ist es, die Rolle volatiler Elemente und Fluide im gesamten Subduktionssystem zu verstehen. Volatile und Fluide haben in ihrem Kreislauf durch die Subduktionszonen einen großen Einfluss auf kurz- und langfristige Klimaveränderungen, auf die geochemische Evolution der Hydro- und Atmosphäre, sowie auf Subduktionsbedingte Naturgefahren wie etwa Erdbeben, Vulkan-ausbrüche und Tsunamis.   Abb. 1: Blick auf das mit Containern und wissenschaftlichen Geräten vollgepackte Deck der SONNE. Während der ersten sechs Jahre des SFB 574 konzentrierten sich unsere Untersuchungen auf das erosive Subduktionssystem Zentralamerikas. Eines der herausragenden Ergebnisse der Untersuchungen des SFB im Forearc war die Entwicklung eines neuen Models für das hydrogeologische System eines erosiven konvergenten Kontinentalrandes, welches u.a. den Effekt der Entwässerung im Forearc auf die Erdbebenaktivität in Zentralamerika erklärt. Es ist daher ein wichtiges Ziel des SFB zu klären, ob dieses Model auch auf akkretionäre Kontinentalränder anwendbar ist und wenn nicht, wie es modifiziert werden muss.  Für diese Studien wurde der Chilenische Kontinentalrand ausgewählt, der innerhalb der letzen Millionen Jahre von einem erosiven zu einem akkretionären Modus gewechselt hat. Die intensive Forschung vor Costa Rica und Nicaragua hat weiterhin gezeigt, dass die Fluidfreisetzung – die hauptsächlich an Mounds, entlang von Verwerfungen und an submarinen Rutschungen im mittleren Hangbereich des Kontinentalhanges auftritt – durch die Entwässerung der subduzierten Sedimente kontrolliert wird. Morphologische, geochemische, biologische, geophysikalische und vulkanologische Untersuchungen des Forearcs des Chilenischen Subduktionssystems zwischen 33° und 37°S wurden bereits begonnen und sollen mit der SONNE-Expedition SO-210 fortgesetzt und vertieft werden, um das Model für das hydrogeologische System eines Kontinentalrandes zu testen.  Die Hauptziele dieser Expedition sind: 1) die Untersuchung und Quantifizierung der Entwässerungsprozesse im Forearc der Zentralchilenischen Subduktionszone, insbesondere die Herkunft und Evolution von Vent Fluiden und Volatilen, 2) die Untersuchung von biologischen Prozessen, die durch die Freisetzung von Fluiden und Volatilen, wie etwa Methan, angetrieben werden, 3) die Nutzung von authigenen Karbonaten als geochemisches Archiv der Entwässerung, 4) die Einschätzung der Rolle der Forearc Fluide als mögliche Auslöser von Rutschungen, die einen Tsunami generieren können, 5) die geochemische Charakterisierung der subduzierenden Sedimente, um den Eintrag klima-relevanter Volatile (CO2, Schwefel und Halogene) sowie einer Vielzahl von Spurenelementen zu messen, die für die Bestimmung von Massenbilanzen chemischer Flüsse durch das Subduktionssystem von Bedeutung sind und 6) die Untersuchung der Verteilung vulkanischer Aschen, um die Volumenabschätzungen des durch Vulkanausbrüche freigesetzten Materials zu verbessern und spezifische Ereignisse innerhalb der sedimentären Abfolge zu datieren. Ein weiteres Ziel ist es, rezente Veränderungen in der Morphologie des Meeresbodens und der Freisetzungsaktivität von Fluiden und Gasen zu detektieren, die in Zusammenhang mit dem Erdbeben am 27. Februar 2010 und dem damit assoziierten Tsunami stehen. Voruntersuchungen durch chilenische Kollegen sowie während der METEOR-Expedition M67/1 durchgeführte Beprobungen und geophysikalische Untersuchungen während der SFB-Ausfahrten mit den FS VIDAL GORMAZ (10/2007) und JAMES COOK (3-4/2008) haben eindeutige Hinweise auf Fluidaustritte erbracht, welche die Basis für die SONNE-Reise SO-210 darstellen. Die Arbeiten der ersten 3 Tage auf See konzentrierten sich bei z.T. schwerer See auf die Beprobung der Sedimente der einfallenden Nasca-Platte mit dem Schwerelot, um die Verteilung vulkanischer Aschen und die Ausbreitung von Rutschmassen bis in den Graben zu untersuchen. Der erste Kern erreichte eine Tiefe von 10m und war auf der einfallenden ozeanischen Platte in der Höhe von Santiago und dem Vulkan Maipo lokalisiert. Zwischen 6.70m und 10m haben wir 4 Aschelagen gefunden, die in ihrer Zusammensetzung  von mafisch bis felsisch gehen (Abb. 2). Die Nähe zum Vulkan Maipo legt die Vermutung nahe, dass möglicherweise eine dieser Aschelagen mit der Caldera-bildenden Eruption von vor ca. 300 Tausend Jahre korreliert werden kann. Diese Theorie wird nun in den Laboruntersuchungen durch die chemische Analyse der Glasscherben überprüft. Aber auch die anderen gefundenen Aschelagen werden einen tieferen Einblick in die Geschichte des hochexplosiven Vulkanismus von Zentral Chile geben.  Abb. 2: Weiße Aschelage: 4cm dick, normal gradiert mit Biotit und lithischen Komponenten, die an der Basis angereichert sind (a); typische transparente Glasscherbe (b); röhrenförmige Glasscherbe mit ausgelenkten Blasen (c); Glasscherbe, die die Blasenwandstruktur nachbildet (d); Biotit (e). Weiterhin wurde die neue CTD-Rosette der RF erstmals eingesetzt, um Wasserproben zur Kalibrierung der Sauerstoff- und Methansensoren sowie ein Wasserschallprofil für die Kalibrierung der Echolotanlagen und des POSIDONIA-Navigationssystems zu gewinnen. Mit diesen Voraussetzungen sind wir nun bestens gerüstet, um die geplanten Untersuchungen durchzuführen – die große Unbekannte ist jedoch das Wetter, das unsere ehrgeizigen Pläne schnell durchkreuzt. An Bord sind alle Wissenschaftler bis auf langsam abklingende Erkältungen und Seekrankheit wohlauf.  Es grüßt im Namen der wissenschaftlichen Besatzung die Daheimgebliebenen, Peter Linke (Fahrtleiter SO-210) 

1. Wochenbericht SO210/1

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