Einfluss der Temperatur auf die mikrobielle Aktivität und den Kohlenstofffluss in tiefen heißen Sedimenten des Guaymas-Beckens, Golf von Kalifornien (IODP Expedition 385)

• Antragstellerin: Dr. Verena Heuer
• Fachliche Zuordnung: Geologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467454634

IODP Expedition 385 untersucht an acht Bohrlokationen die Tektonik und Tiefe Biosphäre im Guaymas-Beckens, Golf von Kalifornien. Die geologische Umgebung in diesem jungen marginalen Riftbecken ist durch eine aktive Spreizung des Meeresbodens und eine schnelle Ablagerung von Sedimenten, die reich an organischem Material sind, gekennzeichnet. Aufgrund der hohen Sedimentationsrate kommt es bei der Bildung neuer magmatischer Kruste zur Intrusion von Ganggesteinen in die dicke Sedimentschicht. Dieser Prozess treibt vermutlich die hydrothermale Zirkulation an, mobilisiert Kohlenstoff aus dem organischen Material der Sedimente, und bestimmt die Verteilung und Aktivität mikrobieller Gemeinschaften. Mit dem Ziel, die Wechselwirkungen zwischen Tektonik und der tiefen Biosphäre zu untersuchen, führte die Expedition in-situ Temperaturmessungen durch und entnahm zahlreiche Proben für mikrobiologische und geochemische Untersuchungen aus tiefen, bis zu 120°C heißen Sedimenten.Wir verfolgen mit diesem Projekt das Ziel, die mikrobielle Aktivität und den Kohlenstofffluss an der Schnittstelle des biologischen und geologischen Kohlenstoffkreislaufs besser zu verstehen. Dazu bestimmen wir die relative Häufigkeit von mikrobiellem Leben in Form dormierender Endosporen, die Erzeugung und den Umsatz des Schlüsselmetaboliten Acetat sowie die Quellen und Senken von Methan und höheren Kohlenwasserstoffgasen. Unsere Untersuchungen konzentrieren sich auf Sites U1545-U1548. Site U1545 und U1546 befinden sich ~52 km nordwestlich des axialen Grabens. Die <0,44 Mio. Jahre alten Sedimente sind reich an organischem Material (bis zu 4 Gew.-%) und Kohlenwasserstoffgasen. Sedimenttemperaturen erreichen bis zu 120 °C. Während Site U1546 in einer Sedimenttiefe von ~356-430 m ein tiefe Sillintrusion enthält, dient Site U1545 als Referenz ohne Sillintrusion. Sites U1547 und U1548 befinden sich ~27 km nordwestlich des axialen Grabens. Sie liegen im Zentrum und an der Peripherie eines kreisförmigen hydrothermalen Hügels namens Ringvent. Beide Sites werden von einer langsam abkühlenden Sillintrusion beeinflusst, die bei ≥82 mbsf bzw. ≥65 mbsf auftrat. Der Temperaturbereich und der hohe TOC-Gehalt der schnell akkumulierenden Sedimente sind vergleichbar mit denen an Sites U1545 und U1546, aber die hydrothermale Zirkulation hat zu einem geochemischen Regime mit vorwiegend sulfatreduzierenden Bedingungen geführt. Dadurch steht Mikroorganismen eine vergleichsweise bessere Energieversorgung zur Verfügung. Wir werden die Verteilung von Endosporen, Acetat und Kohlenwasserstoffgasen in den an diesen Standorten gewonnen Kernen bestimmen und Stoffwechselprozesse in Laborexperimenten mit stabilen Isotopenmarkierungstechniken verfolgen. Das Projekt will aufklären, wie mikrobielle Aktivität und Kohlenstofffluss durch Sedimenttemperatur, geologisches und geochemisches Regime bestimmt werden.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 527: Bereich Infrastruktur - "International Ocean Discovery Program" (IODP)
• Mitverantwortliche: Dr. Marcus Elvert; Professor Dr. Kai-Uwe Hinrichs; Lars Wörmer, Ph.D.