SFB 574: Volatile und Fluide in Subduktionszonen: Klima-Rückkopplungen und Auslösemechanismen von Naturkatastrophen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das vordringliche Ziel des SFB 574 war die Untersuchung von Wegsamkeiten, von Flussmengen und Fluktuationen der Fluide und Volatile wie Wasser, Kohlenstoff, Schwefel und Halogenen innerhalb von Subduktionszonen über die Zeit, weil diese die Schwere und Häufigkeit von Naturgefahren (Bsp. Erdbeben und Vulkaneruptionen), die Bildung von Ressourcen (Bsp. Gashydrat), und, über vulkanische Emissionen, den regionalen bis globalen Stoffaustausch zwischen Lithosphäre, Ozean und Atmosphäre steuern. Diese Ziele wurden durch die kombinierte, interaktive Arbeit von 18 wissenschaftlichen Teilprojekten und einer Nachwuchswissenschaftlergruppe verwirklicht, welche eine große Bandbreite an Disziplinen und Methoden einsetzte und unter folgenden übergeordneten Themenbereiche fungierten: (A) Prozesse und Struktur in Subduktionszonen, (B) Volatilenumwälzung und Fluidflüsse im Forearc, und (C) Slab-Arc-Atmosphären Transfer. Der erste regionale Fokus lag auf der erosiven Subduktionszone von Zentralamerika, welche hinsichtlich ihrer oberen Kruste überleitend ist zwischen einer ozeanischen Entstehung im Süden und einem kontinentalen Charakter im Norden. Der zweite regionale Fokus war dann die akkretionäre Subduktionszone Südchiles, welche eine kontinentale obere Kruste besitzt, die nach Norden hin mächtiger wird. Zusammengefasst hier die wichtigsten Ergebnisse des SFB 574, die auch international mit ihm assoziert werden: 1. Die Serpentinisierung des Erdmantles wurde erkannt als zentrales Medium für den Transport von Wasser in die Subduktionszone. Die Serpentinisierung kann durch Biegeverwerfungen erfolgen, wenn sich die herankommende Platte dem Tiefseegraben nähert (dies haben wir vor Mittelamerika beobachtet); oder auch durch multiple Spreizbrüche wie vor dem Zentralen und Südlichen Segment der Chilenischen Südvulkanzone. Durch Messungen vor Ort sowie durch numerische Modellierungen konnten die hydrogeologischen und thermodynamischen Bedingungen, die den Grad der Serpentinisierung steuern, erfasst werden. Darüber hinaus wurde in beiden Untersuchungsgebieten klar, welch starken Einfluss die Serpentinisierung des oberen Erdmantels der hereinkommenden Platte auf fast alle Subduktionsprozesse hat: auf die Erdbebenaktivität, die Magmenproduktion, die chemische Zusammensetzung der eruptierten Magmen – und damit auf die Freisetzung klimarelevanter Gasphasen in die Atmosphäre. Die zahlreichen mit der Serpentinisierung zusammenhängenden Prozesse sorgten über die gesamten elf Jahre Laufzeit teilprojektübergreifend für eine enge, multidisziplinäre Zusammenarbeit innerhalb SFB 574. 2. Im Forearc konnte die Bedeutung der Serpentinisierung des Erdmantles für die untere Grenze der seismogenen Zone erfasst und lokalisiert werden. Dies wiederum ließ Rückschlüsse auf Größe und Stärke von Bruchzonen und Erdbeben zu. 3. Das hydrogeologische System im Forearc ist nun deutlich besser verstanden, sowohl an erosiven wie auch an akkretionären Plattengrenzen. Insbesondere in Verbindung mit tektonischen Strukturen, Entwässerungstiefen und -raten an der Ablösefläche (am Décollement) sowie deren Einfluss auf die Position des Beginns der seismogenen Zone. 4. Die Stabilität des Kontinentalhangs wurde in Abhängigkeit von der Gashydratverteilung, Raten und Wegsamkeiten von kalten Gasaustrittsstellen, und der Zufuhr terrigener Sedimente in den Tiefseegraben an erosiven und akkretionären Plattengrenzen eingeschätzt. 5. Die Bedeutung benthischer Filtermechanismen für den Methaneintrag in den Ozean wurde eruiert. 6. Durch integrierte geophysikalische und geochemische Techniken konnte ein dreidimensionaler Materialfluss im Erdmantelkeil aufgezeichnet werden. Aus diesen Erkenntnissen wurden komplexe numerische Modelle entwickelt, mit denen die physikalischen Parameter der Fließbedingungen herausgefunden und dargestellt werden konnten. 7. Wir haben festgestellt, wie auf sehr unterschiedlichen Zeitskalen die vulkanische Gasfreisetzung und das Vulkanverhalten durch externe Faktoren beeinflusst wird. Dabei spielen seismischer Stress, Erdtiden und Glazialzyklen eine große Rolle. 8. Der Volatilentransfer durch die untersuchten Subduktionszonen wurde mengenmäßig bilanziert. Dazu wurden empirische Methoden mit fluid-thermodynamischer Modellierung kombiniert. 9. Durch die Zusammenstellung umfangreicher empirischer, quantitativer Daten der vulkanischen Gasfreisetzung in der Vergangenheit konnte modelliert werden, wie sich Vulkangasemissionen auf das Klima auswirken. Dies geschah mit Blick auf vergangene, gegenwärtige und zukünftige vulkanische Aktivität, Atmosphären- und Klimaverhältnisse.
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