Primordial Helium and Vertical Mixing at the Midatlantic Ridge, 2°S-11°S
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Plumeausbreitung an den im Rahmen des Schwerpunktprogrammes neu entdeckten Hydrothermalfelder bei 4°48'S (Turtle Pits, Comfortless Cove, Red Lion) wurde an Hand von Daten von insgesamt 4 Schiffsexpeditionen untersucht, wovon zwei im Berichtszeitraum durchgeführt wurden (LAtalante im Januar 2008, Meteor 78/2 im April/Mai 2009). Die Messungen umfassten Profile, Zeitreihen(Jojo-)stationen, und geschleppte Schnitte von Temperatur, Salzgehalt, Trübe und direkte Strömungsmessungen mit akustischen Profilstrommessern (LADCP), sowie Wasserproben zur Edelgasanalytik. Die Hydrographie an den Hydrothermalquellen wird zum übenwiegenden Teil von der Positionierung der Quellen auf einer Schwelle im axialen Graben bestimmt. Aus den wiederholten Strömungsund Schichtungsmessungen konnte eine mittlere Verteilung entlang des Grabens konstruiert werden, die zeigt, dass die Überströmung der Schwelle hydraulisch kontrolliert ist, wobei die mittlere Strömungsgeschwindigkeit bei 5 cm/s und der zugehörige Volumentransport bei 0.1 Sv nach Norden liegt. Die mittlere Strömung wird von einer Gezeitenströmung moduliert, die quer zum Tal verläuft und von der gleichen Größenordnung wie die Hintergrundströmung ist. Die Wassersäulenplumes sind anhand ihrer starken Signale in der Trübe und ihrer Temperaturanomalien gut zu identifizieren, die mittleren Aufstiegshöhen liegen um die 200 m. Die Seitenwände des Rifttals begrenzen die Ausbreitung der Plumes in Ost-West Richtung. Stromabwärts der Schwelle erfolgt eine starke vertikale Vermischung, die zu einer Aufspreizung der Dichteflächen und einer raschen Reduktion der Plumeanomalien auf Hintergrundniveau führt. Insbesondere in der Helium Verteilung ist zu erkennen, dass die Erhöhung im primordialen Helium in der Wassersäule auf einer Längenskala von ein bis zwei Kilometern auf ein im Graben erhöhtes Hintergrundniveau zurückfällt. Wie der Vergleich verschiedener Methoden zeigt, ist trotz des relativ gutartigen Settings der Hydrothermalfelder (hydraulisch kontrollierte Überströmung der Schwelle, topographische Begrenzung der Plumeausbreitung) die Bestimmung des Wärmeflusses mit grossen Unsicherheiten behaftet. Dabei führt das Vorhandensein einer kontinuierlichen Hintergrundströmung zu einer wahrscheinlichen Unterschätzung des Wärmeflusses durch Aufstiegshöhenmethoden, und der Beitrag von diffusem Venting zu relativ grossen Zahlen für die Abschätzungen aus Heliuminventaren in Kombination mit strömungsbasierten Massenbudgets.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2007. Young volcanism and related hydrothermal activity at 5°S on the slow-spreading southern Mid-Atlantic Ridge. Geochemistry, Geophysics, Geosystems (G3), 8, Q11002
Haase, K.M., S. Petersen, A. Koschinsky, R. Seifert, C. Devey, N. Dubilier, S. Fretzdorff, D. Garbe-Schönberg, C.R. German, O. Giere, R. Keir, J. Kuever, K. Lackschewitz, J. Mawick, H. Marbler, B. Melchert, C. Mertens, H. Paulick, M. Perner, M. Peters, S. Sander, O. Schmale, T.M. Shank, J. Stecher, H. Strauss, J. Süling, U. Stöber, M. Walter, M. Warmuth, S. Weber, U. Westernströer, D. Yoerger, and F. Zielinski
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2008. First evidence for high-temperature off-axis venting of deep crustal/mantle heal: The Nibelungen hydrothermal field, southern Mid-Atlantic Ridge. Earth Planet Sd. Lett., 275(1-2), 61-69
Melchert, B., C.W. Devey, C.R. German, K.S. Laschkewitz, R. Seifert, M. Walter, O. Mertens, D.R. Yoerger, E.T. Baker, H. Paulick, and K. Nakamura
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2008. Flux and dispersion of gases from the 'Drachenschlund' hydrothermal vent at 8°18'S, 13''30'W. Earth Planet. Sci. Lett., 270(3-4), 338-348
Keir, R.S., O. Schmale, M. Walter, J. Sültenluß, R. Seifert and M. Rhein
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2008. Fluxes of heat and volume at the 5°S vent sites on the MAR. Geophys. Res. Abstr., Vol. 10, EGU2008-A-08802; EGU General Assembly, Wien, Österreich
Mertens, C., M. Walter, J. Sültenfuß, and M. Rhein
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2008. Helium Isotope studies on hot smokers in the South Atlantic. Geophys. Res. Abstr., Vol. 10, EGU2008-A-12383; EGU General Assembly, Wien, Österreich
Sültenfuß, J., M. Walter, O. Mertens, M. Rhein, R. Keir, and O. Schmale
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2008. Mixing, internal waves, and plume dispersal at the Nibelungen hydrothermal site, southern MAR. Geophys. Res. Abstr., Vol. 10, EGU2008- A-11641; EGU General Assembly, Wien, Österreich
Walter, M., O. Mertens, U. Stöber, and M. Rhein
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2009. Diking, young volcanism and diffuse hydrothermal activity on the southern Mid-Atlantic Ridge: The Lilliput field at 9°33'S. Mar. Geol., 266, 52-64
Haase, K.M., A. Koschinsky, S. Petersen, C.W. Devey, C. German, K.S. Lackschewitz, B. Melchert, R. Seifert, C. Borowski, O. Giere, H. Paulick
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2009. Hydrothermal Fluxes at the Turtle Pits vent site, southern MAR. Geophys. Res. Abstr., VoL 11, EGU2009-7272; EGU General Assembly, Wien, Österreich
Köhler, J., M. Walter, C. Mertens, J. Sültenfuß, and M. Rhein
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2009. Isotope fractionation and mixing in methane plumes from the Logatchev hydrothermal field. Geochemistry, Geophysics, Geosystems (G3), 10, Q05005
Keir, R.S., O. Schmale and J. Sültenfuß
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2009. Rapid dispersal of a hydrothermal plume by turbulent mixing. MOCA-09, IAMAS-IAPSO-IACS Joint Assembly, Montreal, Canada
Walter, M., C. Mertens, U. Stöber, C.R. German, D.R. Yoerger, J. Sültenfuß, M. Rhein, B. Melchert, and E.T. Baker
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2010. Controls of plume dispersal at the slow spreading southern Mid-Atlantic Ridge. Eos Trans. AGU, 9/(26), Ocean Sci. Meet. Suppl., Abstract IT45G- 08; Ocean Sciences Meeting, Portland, USA
Walter, M., C. Mertens, U. Stöber, J. Köhler, J. Sültenfuß, M. Rhein, R.S. Keir, C.R. German, D. Yoerger, E.T. Baker, B. Melchert
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2010. Rapid dispersal of a hydrothermal plume by turbulent mixing. Deep-Sea Res. I, 57, 931-945
Walter, M., C. Mertens, U. Stöber, C.R. German, D.R. Yoerger, J. Sültenfuß, M. Rhein, B. Melchert, and E.T. Baker
