Serpentinisierung, Fluidströmung, Wasserstoff und Methan Produktion an Magma-armen Kontinentalrändern am Beispiel des West-Iberischen Kontinentalrandes

• Antragstellerin: Professorin Dr. Marta Perez-Gussinye, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers ; Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396827560

Eine wichtige Herausforderung in der Erdsystemwissenschaft heute ist es, die Flüsse von Elementen zu quantifizieren, die zwischen Kruste, Ozean und Atmosphäre als Folge der Tektonik ausgetauscht werden. Erste Studien in diese Richtung konzentrierten sich darauf, die Elementflüsse in Hydrothermalsystemen an mittelozeanischen Rücken abzuschätzen. Sie haben jedoch die Thermodynamik und die Kinetik von Wassergesteinsreaktionen ignoriert, die diese Flüsse stark beeinflussen. Elementflüsse, die während der Extension magma-armer Kontinentalränder auftreten, wurden zudem fast gar nicht untersucht. Kontinentalränder werden oft auf beiden Seiten der heutigen Ozeane gefunden, also besetzen eine Fläche des Meeresbodens, die ähnlich oder größer ist als die von mittelozeanischen Rücken.Dieses Projekt konzentriert sich darauf, die durch Serpentinisierung und hydrothermale Zirkulation hervorgerufenen Flüsse von H2 und CH4 abzuschätzen, die in sich aktiv ausdehnender Lithosphäre an magma-armen Kontinentalrändern auftreten. Diese Kontinentalränder sind nicht nur wegen der produzierten Menge an chemischen Verbindungen für die globalen H2- und CH4-Kreisläufe bedeutend, sondern auch aufgrund der Tatsache, dass sie serpentinitbasierte hydrothermale Systeme von niedrigerer Temperatur ( < 200°C) als an den mittelozeanischen Rücken haben, wo chemosynthetische Gemeinschaften gedeihen können. Dieses Projekt bringt die Expertise aus drei Modellierungskomponenten (tektonische Deformation während Extension, hydrothermale Zirkulation sowie Thermodynamik der Wasser-Gesteins-Reaktionen) zusammen, die gekoppelt werden sollen um die H2- und CH4-Flüsse abzuschätzen. Unsere Ergebnisse werden mithilfe eines der besten, wenn nicht sogar dem besten derzeit verfügbaren multidisziplinären Datensatz an Kontinentalrändern evaluiert: einer seismischen 3D Mehrkanal-Weitwinkel-Messung kombiniert mit drei iODP-Bohrungen am magma-armen westiberischen Kontinentalrand. Hydrothermale Zirkulation an diesem Kontinentalrand fand während seiner Ausdehnung vor ca. 112 Millionen Jahren statt; die genauen Strömungsmuster sind jedoch nur wenig bekannt. Um dieses Problem zu umgehen, wollen wir einen möglichen Bereich von H2- und CH4-Flüssen ermitteln, der sowohl mit plausiblen hydrothermalen Strömungsmustern als auch mit den verfügbaren Daten kompatibel ist. Unsere Abschätzungen werden wir auf andere, weniger gut erkundete, magma-arme Kontinentalränder übertragen, um ihre Bedeutung in der globalen Produktion von H2 und CH4 zu ermitteln, ihr Potential für das Entstehen chemosynthetischer Artengemeinschaften abzuschätzen und, in zukünftigen Studien, die Konsequenzen für den globalen Kohlenstoffzyklus zu bestimmen. Mit diesem herausfordernden Projekt werden wir Fachkenntnisse in Schlüsselbereichen der Erdwissenschaften generieren, die nötig sind, um die Elementflüsse zwischen Erdkruste und Ozeanen zu quantifizieren und unser Verständnis für die Wechselwirkungen innerhalb des Erdsystems verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Wolfgang Bach; Dr. Jörg Hasenclever; Professor Dr. Lars Helmuth Rüpke
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Gaye Bayrakci, Ph.D.; Professor Dr. Timothy Minshull, Ph.D.