Raten und Prozesse bei der Alteration von Tephra in Surtsey: Beobachtung und Experimente

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Bach
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 292688873

ICDP unterstützt das Bohrvorhaben SUSTAIN, bei dem es um die Erforschung der Bildung und hydrothermalen Alteration des Surtsey Vulkans im isländischen Vestmanaeyjar Archipel geht. Bei der Bildung von Surtsey war eine rasche und tiefreichende Reaktion der vulkanischen Tephra mit zirkulierenden Wässern entscheidend. Diese Prozesse sind auch für die Regulierung des Stoffbestands der Ozeane ausschlaggebend und sie schaffen Habitate für spezifisch adaptierte mikrobielle Lebensgemeinschaften. In diesem Antrag werden Mittel erbeten, mit denen eine umfangreiche und systematische Untersuchung der Rolle von Temperatur und Permeabilität in den Abläufen und Raten der Tephra-Alteration durchgeführt werden soll. Budgetiert wird auch ein Teil der Bohrkosten, denn ohne diese Zuwendungen kann SUSTAIN nicht durchgeführt werden. Bei den hier vorgeschlagenen Untersuchungen sollen mittels computerunterstützter Röntgenstrahl-Mikrotomographie (µ-CT) die Veränderungen in der Verteilung und dem Vernetzungsgrad von Poren in Tephra erfasst und in Verbindung zum beobachteten Reaktionsumsatz gestellt werden. Mikroskopische und mikroanalytische Untersuchungen sollen Aufschluss über die Vergesellschaftungen von Sekundärphasen und deren Zusammensetzungen liefern. Die Untersuchungen an Bohrkernen aus den ICDP-Bohrungen sollen durch Laborexperimente in hydrothermalen Durchflusszellen sowie durch Inkubationsstudien in einem der Bohrlöcher unterstützt werden. Dabei werden zylindrische Körper frischer Tephra (19 mm Durchmesser) unter kontrollierten Bedingungen für Zeiträume zwischen 15 und 24 Monaten natürlichen bzw. synthetischen Lösungen bei Bedingungen bis zu einem Megapascal und 150°C ausgesetzt. In den Laborexperimenten wird der Reaktionsfortschritt durch begleitende µ-CT Untersuchungen sowie durch Analyse der Lösungen im Ausfluss bestimmt. Die aufgelaufenen Reaktionen werden mittels abschließenden µ-CT Messungen und mikroanalytischen Verfahren räumlich und prozesshaft erfasst. Dabei wird insbesondere die Kopplung zwischen der Entwicklung der Permeabilitätsverteilung und dem Reaktionsumsatz im Tephrakörper untersucht. Die relativen Raten der Palagonitisierung und der Bildung sekundärer Phasen wie Zeolithe und Tobermorit werden insbesondere vor dem Hintergrund der Permeabilitätsentwicklung evaluiert. Aus den Ergebnissen sollen generelle Mechanismen der Tephra-Alteration und deren Konsequenzen für hydrothermale Massentransfers und geomechanische wirksame Gefügeentwicklung von Tephrakörpern in jungen Seamounts und Ozeaninseln hergeleitet werden. Die Untersuchungen werden im internationalen Team der an SUSTAIN beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler abgestimmt, so dass neuartige und tiefgreifende Erkenntnisse zur Tephra-Alteration und deren (bio)geochemische und felsmechanische Konsequenzen resultieren werden.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm (ICDP)
• Mitverantwortlich: Dr. Wolf-Achim Kahl