Mechanisch mysteriöse Mikrofossilien: Diatomeen und ihre Rolle für submarine Hangrutschungen

• Antragsteller: Dr. Gauvain Wiemer
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410551087

Untermeerische Rutschungen sind viel größer als Bergrutsche an Land. Aufgrund ihrer Anzahl, Häufigkeit und weiten Verbreitung sind diese von großer gesellschaftlicher Bedeutung. Ob, wann und wo eine Rutschung auftritt, ist maßgeblich von den geotechnischen Eigenschaften des Hangmaterials abhängig. Eine Rutschung wird z.B. ausgelöst, wenn sich die Scherfestigkeit des Sedimentkörpers in kurzer Zeit deutlich verringert. Dies kann durch eine plötzliche Zunahme des Porendrucks ausgelöst werden, d.h. des Drucks, der in den winzigen Räumen zwischen den Sedimentkörnern eingeschlossenen Flüssigkeiten. Eine in den letzten Jahren neu aufgekommene Hypothese für einen Auslösemechanismus dieser Art besagt, dass hoher Porendruck ab einem gewissen Überlagerungsdruck in Diatomeenlagen möglicherweise systematisch vorkommt. Diatomeen sind mikroskopisch kleine, einzellige Algen, deren Zellwand hartschalig, als glasartiges Silikat ausgebildet ist. Die Hartschale besteht, ähnlich wie im Falle einer gewöhnlichen Pappschachtel, aus einer Unterschale und einer etwas größeren, überlappenden Oberschale. Wenn Diatomeen sterben, sinken die Hartschalen auf den Meeresboden und bilden dort Diatomeenlagen. Durch fortlaufende Sedimentation steigt die Auflast, die durch das überlagernde Sediment ausgeübt wird. Laut der Hypothese kommt es ab einer gewissen Auflast zum Bruch der Silikatschalen. Das darin enthaltene Wasser kann nicht schnell genug entweichen oder drainiert werden. Somit wird die Last des überliegenden Sediments durch das im Porenraum enthaltenen Wasser getragen und es bildet sich ein erhöhter Porendruck. Da Wasser kaum Scherwiederstand leistet, kommt es selbst auf geringfügig geneigten Hängen zu ausgedehnten Rutschungen. Zu Beginn des Jahres 2018 publizierten Wissenschaftler des GEOMAR - Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel, in der Fachzeitschrift Geology, ein Fallbeispiel einer Rutschung vor Nordwetstafrika wo genau dieser Prozess stattgefunden haben soll.Ziel der Vorgeschlagenen Forschung ist es die Hypothese, der kollabierenden Diatomeen als Auslöser für Porenwasserüberdruck, mit geotechnischen Methoden zu testen. Es sollen generische Proben mit verschiedenen Diatomeen Gehalten angefertigt und geotechnisch genauestens charakterisiert werden. Anschließend sollen diese Proben unter verschiedenen Belastungsszenarien systematisch beansprucht werden. Durch die Messung des Porendrucks während des Scherprozessen und anschließender Analyse der entstehenden Änderungen in z.B. Korngröße und Struktur der Proben soll ermittelt werden ob und unter welchen Bedingungen es zum Bruch der Silikatschalen, und somit zum Porenwasserüberdruck kommt. In einem Zweiten Schritt sollen die Erkenntnis der generischen Studie am Fallbeispiel der Rutschung, die vor Nordwestafrika stattgefunden hat, verifiziert werden. Es soll überprüft werden ob das in der Rutschung involvierte Sediment ähnliche Charakteristika aufweist wie zuvor an generischen Proben beobachtet wurde.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Achim Kopf