Petrologische und texturelle Untersuchungen an ultramafischen Klasten in Serpentin-Schlammvulkanen im Mariannen-Vorbogen (IODP Expedition 366): Entwicklung der Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen vom Décollement zum Meeresboden unter besonderer Berücksichtigung der Wasserstoffgenese

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Bach
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319541205

Serpentin-Schlammvulkane bilden im Marianen-Vorbogen mächtige Tiefseeberge, die gehäuft in einem Gürtel 50 bis 100 km hinter der Tiefseerinne auftreten. Die Schlammvulkane sind an tiefreichende Störungen gebunden, an deren Basis der serpentinisierte Mantelkeil zerrieben wird. Gemeinsam mit dem aus der subduzierten Platte austretenden Wasser bildet dieses Material einen zähen Schlamm, der aufgrund seiner geringen Dichte entlang der Störungsbahnen aufsteigt und am Meeresboden austritt. Die sich so aufbauenden Schlammvulkane enthalten eine Vielfalt von mitunter metergroßen Klasten aus serpentiniertem Mantelmaterial sowie kleiner Klasten aus Metamafiten. Diese Klasten erweisen sich als wertvolle Archive für Vorgänge der Fluidbewegung und -wechselwirkung in der subduzierten Platte und dem überlagernden Mantelkeil. IODP Expedition 366 wird drei dieser Serpentin-Schlammvulkane erbohren, die ein breites Spektrum hinsichtlich der Tiefenlage und vermuteten Temperatur des Décollement abdecken (von 13 bis 25 km und <80 bis >200 °C). Der Conical seamount, der bereits im Rahmen von ODP Leg 125 sehr erfolgreich erbohrt wurde, erweitert dieses Spektrum auf 30 km und >300 °C. Wir schlagen vor, an diesen vier Serpentin-Schlammvulkanen petrologische, geochemische und texturelle Untersuchungen vorzunehmen, um Art, Ausmaß und Auswirkungen der Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen vom Décollement bis zum Meeresboden zu erfassen. Unsere Arbeiten werden die Rolle von Druck und Temperatur im Mantelkeil ebenso erfassen wie die der Bruchbildung und Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen im Aufstiegskanal unter den Schlammvulkanen. Ein besonderer Schwerpunkt wird dabei auf der Bildung von molekularem Wasserstoff liegen, der die mikrobiellen Lebensgemeinschaften in den Schlammvulkanen mit metabolischer Energie versorgt. Hier existiert eine wichtige Brücke zwischen Petrologie und Biologie, denn diese Lebewesen würde es nicht geben, wenn die Wasser-Gesteins-Reaktionen nicht so viel Wasserstoff freisetzen würden. Unser Arbeitsprogramm umfasst viele Ansätze und Methoden, die wir in den letzten Jahren bei der Erforschung der Mechanismen der Serpentinisierungsreaktionen und der damit verbundenen Wasserstoffbildung entwickelt und erfolgreich angewandt haben. Im Einzelnen werden wir Gesamtgesteinsanalysen und mikroanalytische Verfahren sowie die Bestimmung der petrologischen Phasenbeziehungen durchführen und mit geochemischen Modellrechnungen plausible Reaktionspfade entwickeln. Ziel ist die Entschlüsselung der vielphasigen Entwicklung der Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen und deren Konsequenzen für die stoffliche Entwicklung der Wässer und der mineralogischen und gesteinsphysikalischen Eigenschaften der Gesteinsfragmente. Diese Methoden werden durch Röntgen-µ-CT-Untersuchungen ergänzt, mit denen die räumliche Verteilung verschiedener Alterationsdomänen relativ zur Bruch- und Aderbildung erfasst werden, welche die Gesteinsklasten beim Aufstieg immer wieder erfasst haben.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 527: Bereich Infrastruktur - "International Ocean Discovery Program" (IODP)
• Mitverantwortlich: Dr. Wolf-Achim Kahl