Spurenelementkreisläufe und Flüsse im südlichen Indischen Ozean - ein Beitrag zu GEOTRACES
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt führten wir detaillierte Untersuchungen der Wassersäule sowohl in unmittelbarer Nähe des Rainbow-Hydrothermalfeldes als auch bis zu einer Entfernung von ~ 60 km durch. Die Verteilung von Spurenmetallen (TMs, z. B., Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb und Seltene Erden) und ihrer Isotope (Th, Ba, Fe) wurde in dem nicht-buoyanten hydrothermalen Rainbow-Plume bestimmt. Zusammen mit Edelgasdaten wurde das Verhalten von Spurenelementen und ihrer Isotope (TEIs) entlang der Ausbreitungsrichtung des Plumes untersucht und die Flüsse von TEIs aus dem Rainbow-Hydrothermalfeld bewertet. Unsere Daten zeigen, dass das hohe Fe/H2S-Verhältnis der Rainbow-Hydrothermalfluide die Ausfällung von Metallsulfiden einschränkte und somit die weiträumige Verfrachtung von hydrothermalen TMs in den Nordatlantik begünstigte. Insbesondere gelöstes Co verhielt sich entlang der Ausbreitungsfahne des Plumes unerwartet konservativ, während andere TMs (z. B. Fe und Mn) im Rainbow-Plume kinetisch kontrollierten Abbauprozessen unterworfen waren. Mit unseren Fe-Isotopendaten haben wir einen bisher übersehenen sedimentären Beitrag für TMs in hydrothermalen Plumes aufgedeckt, der auf Wechselwirkungen zwischen hydrothermalen Plumes und Sedimenten entlang der Ausbreitungsrichtung des Plumes hinweist. Die Sediment/Meerwasser Wechselwirkung wurde anhand der TM-Verteilung in Sedimentkernen und in Porenwasserproben weiter untersucht, die im Rahmen dieses Projekts gesammelt wurden. Wir vermuten, dass die Reaktionskinetik der untersuchten Elemente mit Sulfid der Reihenfolge Cu>Co>Zn>Fe>Ni>>Mn folgt, was sich von den Steady-State-Affinitäten dieser TMs zu Sulfid unterscheidet. Unsere Ba-Isotopendaten deuten darauf hin, dass hydrothermales Ba eine isotopisch leichte (und nicht, wie bisher angenommen, schwere) Quellenkomponente des marinen Ba-Isotopenhaushalts sein könnte. Überraschenderweise lagen die kurzlebigen Ra- und Ra- sowie die langlebigen Ra-Aktivitäten im Rainbow-Plume unter der Nachweisgrenze, was die Frage aufwirft, ob Radium nach seiner Freisetzung durch Hydrothermallösungen schnell durch Scavenging Prozesse aus der Wassersäule entfernt wird oder ob die Rainbow-Hydrothermallösungen überhaupt Radium freisetzen. Außerdem untersuchten wir die Zufuhr von TEIs in den Oberflächenozean durch atmosphärische Deposition und ihre Beziehung zu Phytoplanktongemeinschaften. Die Ergebnisse zeigen, dass die trockene Deposition zu keiner erkennbaren Reaktion des Phytoplanktons führte, während die nasse Deposition zu einer ungefähren Verdoppelung des Chlorophyll-a Gehaltes führte. Unsere Bioassay-Experimente bestätigten außerdem, dass die nasse Deposition zu einem Übergang von N-Limitierung zu N-P Co-Limitierung des Phytoplanktonwachstums führte. Die Durchführung interdisziplinärer Arbeiten im Rainbow-Hydrothermalfeld war eine Herausforderung. Dennoch haben wir die Forschungsfahrt und die anschließenden Laborarbeiten erfolgreich durchgeführt. Wir verstehen nicht nur die Quellen und das Verhalten von TMs besser, sondern haben auch Erkenntnisse über ihre Senken in Hydrothermalplumes gewonnen, die von langsamen Spreizungsrücken ausgehen. Unsere Arbeit könnte künftigen Ozeanmodellen hinsichtlich der biogeochemischen Zyklen von TMs und ihrer Auswirkungen auf marine Kohlenstoffpumpen und Klimaveränderungen nützlich sein.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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ADCP current measurements (38 kHz) during RV METEOR cruise M176/2 [dataset]. PANGAEA
Achterberg E. P., Kopte R. & Galley C. G.
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ontinuous thermosalinograph oceanography along RV METEOR cruise M176/2 [dataset]. PANGAEA,
Achterberg E. P. & Schlundt M.
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Organic complexation of Ni in the hydrothermal plume of the Rainbow vent field.. Goldschmidt2022 abstracts. European Association of Geochemistry.
Fröhberg, Nico; Klose, Lukas & Koschinsky, Andrea
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Dissolved and particulate barium concentrations and isotopes in the Rainbow non-buoyant hydrothermal plume during METEOR cruise M176/2 [dataset]. PANGAEA
Zhang Z., Zhou L., Achterberg E.P. & Frank M.
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Is the Rainbow ultramafic hydrothermal system a poor source of radium isotopes to the Atlantic Ocean?. Goldschmidt2023 abstracts. European Association of Geochemistry.
Vieira, Lúcia; Steiner, Zvi; Scholten, Jan; Beck, Aaron & Achterberg, Eric
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Multibeam bathymetry raw data (Kongsberg EM 122 entire dataset) of RV METEOR during cruise M176/2 [dataset]. PANGAEA
Achterberg E. P. & Wölfl A.-C.
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Noble gas (helium and neon) measured on water samples from stainless steel CTD during METEOR M176/2 cruise. [dataset]
Chen X.-G. & Achterberg E. P.
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Phytoplankton community response to episodic wet and dry aerosol deposition in the subtropical North Atlantic. Limnology and Oceanography, 68(9), 2126-2140.
Yuan, Zhongwei; Achterberg, Eric P.; Engel, Anja; Wen, Zuozhu; Zhou, Linbin; Zhu, Xunchi; Dai, Minhan & Browning, Thomas J.
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Regulation of hydrothermal vent contribution to ocean chemistry by hydrothermally influenced sediments, the Rainbow field case study. Goldschmidt2023 abstracts. European Association of Geochemistry.
Steiner, Zvi; Zhang, Zhouling; Galley, Christopher; Zhou, Linbin; Shalev, Netta; Glock, Nicolaas; Chen, Xue-Gang & Achterberg, Eric
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Introduction of isotopically light barium from the Rainbow hydrothermal system into the deep Atlantic Ocean. Earth and Planetary Science Letters, 625, 118476.
Zhang, Zhouling; Zhou, Linbin; Chen, Xue-Gang; Achterberg, Eric P.; Yu, Yang; Hathorne, Ed; Steiner, Zvi; Siebert, Christopher & Frank, Martin
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Switches between nitrogen limitation and nitrogen–phosphorus co‐limitation in the subtropical North Atlantic Ocean. Limnology and Oceanography, 69(4), 1005-1013.
Yuan, Zhongwei; Achterberg, Eric P.; Engel, Anja; Dai, Minhan & Browning, Thomas J.
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Change in biodiversity and abundance of benthic foraminifera with distance from the Rainbow hydrothermal vent field, Mid-Atlantic Ridge. Journal of Micropalaeontology, 44(2), 193-211.
Krüger, Hannah; Schmiedl, Gerhard; Steiner, Zvi; Zhang, Zhouling; Achterberg, Eric P. & Glock, Nicolaas
