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FS Meteor - Ausfahrt M113 Azoren Plateau

Die Azoren sind eine Inselgruppe, die aus einer Vielzahl von jungen und teilweise aktiven Vulkanen besteht. Die Vulkaninseln liegen auf dem Azoren Plateau, einem Bereich mit verdickter ozeanischer Kruste, der vermutlich durch massiven submarinen Vulkanismus vor 5 bis 10 Millionen Jahren entstanden ist. Die Ausfahrt M113 hat zum Ziel, die vulkanischen und tektonischen Strukturen des Azoren Plateaus mit seismischen Methoden zu untersuchen, das Plateau erstmals mit Fächerecholoten zu vermessen und Gesteinsproben auf dem Azoren Plateau zu nehmen. Wissenschaftler des GZN befinden sich an Bord, um die Gesteinsproben zu untersuchen und zusammen mit Geophysikern der Universität Hamburg ein Modell für die Ursachen des umfangreichen Vulkanismus der Azoren zu entwickeln.

4. Wochenbericht, 22.1.2015

Anfang der Woche feierte Kapitän Schneider seinen 65. Geburtstag. Sein Ehrentag wurde würdig begangen, und es war uns Freude und Bedürfnis, ihm herzlichst zu gratulieren.
Das petrologische Programm der Tage war mit zahlreichen Proben sehr erfolgreich. So wurden westlich und südwestlich der Insel Faial einige TV Greifer und Stoßrohrstationen gefahren, die uns Aufschlüsse über die Verteilung der jungen vulkanischen und tektonischen Aktivität auf dem Azorenplateau geben. So wurden nicht nur Basalte und frische Gläser gefunden, sondern auch eine Vielzahl von biogenen und klastischen Sedimenten. Nach einem kurzen Transit nahmen wir Proben an drei Stationen an den Flanken des Meeresbodenvulkans João de Castro, die eine starke Varietät an Gesteinen aufweisen. Nördlich des Vulkans fanden wir frische, unalterierte vulkanische Gläser, während nordwestlich eine Vielzahl von Gesteinstypen gefunden wurden, die möglicherweise auf einen Schuttstrom zurück zu führen sind. Die letzte Greiferstation dieser Reise wurde dann nordwestlich von Terceira gefahren. Nach dem erfolgten Zugriff enthielt der finale Greifer dann im Wesentlichen stratifizierte Tiefseetone, die, zumindest an Bord, keinerlei Hinweise für eine magmatische Aktivität in der Nähe geben.
Neben den Sedimentproben vom Meeresboden wurden auf der Ausfahrt Wasserproben an ausgewählten Positionen abgefüllt. Diese waren so ausgewählt, dass kleinste Kunststoffpartikelchen, die z.B. durch die Zersetzung von Plastiktüten, Kosmetikartikeln oder mit dem Abwasser von Waschmaschinen in die Ozeane gelangen, quantifiziert und charakterisiert werden können. Da die Anreicherung der Ozeane mit Mikroplastik und Nanoplastik mit der Zunahme von Giftstoffen einhergeht, besteht ein deutlicher Forschungsbedarf über deren Konzentration im Wasser sowie über die Transportwege.
Das letzte Arbeitstgebiet des reflexionsseismischen Programms lag an der Südwestecke der Azoreninsel Pico. Unsere Profile aus den Vorwochen lieferten deutliche Hinweise darauf, dass das Volumen eines submarinen Hangrutsches, der durch das Abbrechen großer Schollen an den Flanken der Insel entstand, durchaus etwa 50-100 Kubikkilometer betragen kann. Mit eng gestaffelten Profilen haben wir den oberen Hang vermessen, um besser zu verstehen, wie die Rutschung mit den Bewegungen der Erdplatten und den Unterwasservulkanen zusammenhängt. Die letzten verbliebenen Stunden nutzten wir für Fächerlotkartierungen des rezent aktiven Terceirarifts.   Heute beendeten wir das wissenschaftliche Forschungsprogramm direkt vor dem Hafen von Ponta Delgada - Zeit für ein erstes Resümee. Um es in Zahlen auszudrücken: Wir vermaßen 89 reflexionsseismische Profile mit einer Gesamtlänge von mehr als 3500 km. An 29 Positionen wurden TV-Greifer oder das Vulkanitstoßrohr gefahren. Da der Hafen von Ponta Delgada direkt an das Meßgebiet grenzt, zeichneten wir von Anfang bis Ende der Fahrt die Daten des Fächer- und Sedimentecholotes auf, insgesamt 5700 km nutzbare Daten. Eine Datenmenge ausgedrückt in Zahlen sagt aber nichts über deren wissenschaftliche Relevanz aus. Wir sind uns sicher, in der Auswertephase über zahlreiche in den Arbeitsgebieten wirkende Erdprozesse vertiefte Erkenntnisse erhalten zu können.
Zusammengefasst werden wir anhand unserer Daten die Bedeutung von Erdplattenverschiebungen, Vulkanismus und submarinen Hangrutschungen für die Entwicklung des Azoren-Archipels sehr viel besser vestehen können. Diese Prozesse geschehen nicht unabhängig, es gibt eine klare Wechselwirkung. Zum Beispiel: An allen Grabenbrüchen finden wir zahlreiche Vulkane, denn die durch die Erdkruste reichenden Verwerfungen sind Schwächezonen, die den Aufstieg von Magma ermöglichen. Vulkane sind ausserdem fragile Gebilde, sie bestehen aus einem Wechsel von verfestigten und losen Gesteinen. Dies macht sie empfindlich für den Einfluss von Erdbeben oder anderen einwirkenden Kräften. So kann es zu großvolumigen Hangrutschungen kommen, die wir an den meisten der studi erten Unterwasservulkanen auch tatsächlich fanden. Sind diese Massenbewegungen schnell und massenreich, können Tsunamis entstehen. Dimensionen und seismische Abbildungen von fast allen Unterwasservulkanen deuten auf einen explosiven Vulkanismus hin, was ein weiteres Risiko für die Region bedeutet.
Der sich in der Schichtenfolge und Schichtgeometrie widerspiegelnde Einfluss der komplexen Meeresbodentopographie auf Bodenströmungen wird helfen, das regionale ozeanische Zirkulationsmuster zu entschlüsseln. Nicht zuletzt tragen die zahlreichen geophysikalischen Indizien für im Meeresboden vorhandene und migrierende Gase oder Fluide zum Verständnis von Stoffkreisläufen oder Austauschprozessen zwischen Meeresboden und Ozean bei.
Insgesamt beobachten wir also kaskadierende Prozesse: Erdplattenbewegungen verursachen Grabenbrüche. Heisses Material aus dem Erdmantel, also Magma, steigt durch Schwächezonen auf und lässt Vulkane entstehen. Die gleichen Kräfte, die durch Grabenbildung Vulkane entstehen ließen, zerstören sie wieder, denn die einhergehenden Erschütterungen oder Erdplattenverschiebungen destabilisieren die Flanken der Vulkane und lassen Hangrutschungen und manchmal auch Tsunamis folgen. Die Veränderungen der Form des Meeresbodens beeinflusst die ozeanischen Strömungen am Meeresboden, was sich wiederum auf das Ablagerungsmuster der Sedimente auswirkt.
Ich bedanke mich bei allen hier an Bord für die erfolgreiche Ausfahrt, es war eine in allen Belangen gute Zeit.
Alle Fahrtteilnehmer sind wohlauf und senden Grüße nach Hause.
Christian Hübscher (Fahrtleiter M113) 

 

 

3. Wochenbericht, 22.01.15

In dieser Woche beprobten wir mit dem videogeführten Hydraulikgreifer einen magmatisch sehr jungen Rücken, der sich westlich der Insel Terceira in das Meer erstreckt. Dieser Rücken war in den späten 90er Jahren letztmalig aktiv und erlaubt damit Rückschlüsse auf die früheren Phasen der Bildung von Ozeaninseln. Fünf der sechs Greiferstationen, die westlich von Terceira gefahren wurden enthielten große Mengen sehr frischen vulkanischen Glases, sowie Kissenlaven, die offensichtlich aus außerordentlich gasreichen Eruptionen entstanden sind. Die Laven der beiden westlichsten Stationen setzen sich ausnahmslos aus sehr frischen Kissenlaven zusammen, deren Abkühlungstrukturen, Glasränder und Entgasungshohlräume als Lehrbuchbeispiel dienen können und die Aufmerksamkeit aller an Bord geweckt haben. 

Zwei weitere Greiferstationen und ein Vulkanitstoßrohr wurden dann westlich der Insel Graciosa gefahren. In den Videoaufnahmen der Greifer verstärkten sich die Hinweise auf sehr jungen Vulkanismus auch westlich von Graciosa. Die Aufnahmen zeigten glashaltige Laven in diesem Bereich, die jedoch leider keine erfolgreiche Greiferbeprobung zuließen und so wurde das Vulkanitstoßrohr bei widrigen Wetterbedingungen erstmalig eingesetzt. Dank der sehr guten Arbeit der Decksmannschaft gelang es, alle Geräte wieder sicher an Deck zu bringen. Das Vulkanitstoßrohr enthielt wesentlich sandige Ablagerungen, jedoch gibt es Hinweise auf frische Glasfragmente der umliegenden Lavafelder. Der letzte Greifer in der Nähe Graciosas zeigte zwar ebenfalls junge Lavafelder, jedoch kippte der Greifer bei seinem letzten Versuch zur Seite und enthielt lediglich eine Karbonatkruste als er erfolgreich an Deck gebracht wurde. 

Die geophysikalischen Messungen konzentrierten sich auf den westlichen Bereich des Archipels. Wir begannen mit der Untersuchung des jüngsten Segmentes des aktiven Terceirariftes im Nordwesten und arbeiteten uns langsam in den Südwesten vor, wo immer ältere Grabenbrüche, Vulkane und Massenumlagerungen die komplexe Topographie des Meeresbodens, also die Bathymetrie, prägen. Es zeigte sich immer wieder, dass die Interpretation der Bathymetrie ohne Kenntnis der tieferen Strukturen unterhalb des Meeresbodens irreführend sein können. Bereiche, die allein anhand der Bathymetrie als umgelagerte Sedimentmassen interpretiert werden würden, erweisen sich unter Hinzunahme der seismischen Daten als vulkanische Strukturen, und aus der Seismik interpretierte Vulkane erweisen sich als gerutschte Sedimentblöcke.
Die Fahrtplanung passen wir immer wieder an die aktuellen Befunde an. Dies ist sehr kurzfristig möglich, da wir rund um die Uhr nicht nur Daten aufzeichnen, sondern auch soweit aufbereiten, dass wir kurz nach Beendigung eines Messabschnittes die Daten visualisieren und beurteilen können. Die Diskussionen und resultierenden Planungen leben von der Interdisziplinarität und Durchmischung der Gruppe. Die Internationalität der Forschergruppe stärkt die wissenschaftlichen und operativen Beziehungen zwischen den beteiligten Instituten aus Hamburg, Erlangen, Lissabon, Athen und Paris in einer Zeit, in der Meeresforschung auf europäischer Ebene zwingend notwendig ist. Die jüngeren Studierenden bringen sich mit klugen Fragen, Ideen und ihrer Energie in allen Ressorts bewundernswert ein; die älteren Studierenden leiten sie dabei an und Doktoranden übernehmen Schlüsselverantwortungen. Unsere hervorragenden Techniker sorgen sich intensiv um unsere mechanischen und elektronischen Geräte.
Den Seniorwissenschaftlern wird so der Rücken weitgehend für Planungsaufgaben frei gehalten.

Alle Fahrtteilnehmer sind wohlauf und senden Grüße nach Hause. Christian Hübscher und Christoph Beier

2. Wochenbericht, 12.1.2015

Die Woche begann mit der Entdeckung von Zirkularstrukturen am Meeresboden, die in der Presse informell als Fried Egg, also als Spiegelei- Strukturen bezeichnet werden. Auf der Jahrestagung der Amerikanischen Geophysikalischen Gesellschaft (AGU) im Jahre 2009 hatten Wissenschaftler

spekuliert, dass es sich um Krater handelt, die durch Einschläge von Meteoriten vor etwa 17 Millionen Jahre entstanden (s. en.wikipedia.org/wiki/- Fried_Egg_struture). Wir nahmen uns die Zeit, diese interessanten Gebilde mit hydroakustischen und seismischen Daten abzubilden. Dass es sich um Impaktstrukturen von Meteoriten handelt können wir mittlerweile ausschließen. Noch diskutieren wir hier an Bord unterschiedliche Alternativmodelle, aber wir sind optimistisch, die Entstehung dieser markanten Strukturen bald verstanden zu haben.

Die Südostküste der Insel Pico mit seinem mächtigen, 2351 m hohen Vulkan Ponta do Pico weist steile, bogenförmige Flanken auf, die durch das Abrutschen großvolumiger Hangabschnitte entstanden. Um abschätzen zu können, ob diese Rutschungen Tsunamis ausgelöst haben, vermaßen wir die entstandenen Ablagerungen am Meeresboden mit unseren bildgebenden Verfahren. Je nach Ausprägung der hangabwärts transportierten Blöcke werden wir das Volumen des abgerutschten Materials, die Dynamik des Transportprozesses und die Wiederholungsrate benennen können. Eine Schwierigkeit ist absehbar, denn es ist oft nicht leicht, abgerutschte Blöcke von Parasitärvulkanen, also Aschekegeln, die an den submarinen Flanken von Pico zahlreich vorkommen, zu unterscheiden.

Um die strukturelle Entwicklung des Azoren-Archipels und den Zusammenhang zwischen Erdplattenbewegungen und Vulkanismus vertieft zu verstehen, war es notwendig, einen mehrere Millionen Jahre alten, im Südwesten des Archipels gelegenen Grabenbruch mit dem derzeit aktiven Terceira-Rift zu vergleichen. Solche Gräben entstehen durch tektonische Dehnung, meist an bereits bestehenden Schwächezonen. Die Daten zeigen einen sich wiederholenden Vorgang: Die frühe Phase der Dehnung ist von Vulkanismus begleitet; diese Vulkane sind an den Grabenschultern heute noch zu finden. Eine zweite, intensivere vulkanische Phase beginnt, wenn sich der Graben bereits geöffnet hat. Spalteneruptionen formen langgestreckte Rücken, welche die mehrere Kilometer auseinander liegenden Grabenschultern einige hundert Meter überragen können. 

1. Wochenbericht, 8.1.2015

 

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der anstehenden Reise erreichten Sao Miguel am Abend des 28. Dezember und wurden direkt von der Agentur zum Schiff gebracht. Die Begrüßung durch Kapitän Schneider und seiner Besatzung war gewohnt herzlich. Zwei Wochen zuvor hatte ein Voraustrupp wesentliche Deckinstallationen errichtet, in den Laboren war jedoch noch viel zu tun. Es galt Rechner und Messgeräte einzurichten und die Arbeiten dauerten bis spät in die Nacht. Nach einer gründlichen Sicherheitsbelehrung am nächsten Morgen verließen wir den Hafen von Ponta Delgada um 10 Uhr vormittags. Das Wetter war denkbar schlecht, es regnete und der Wind pfiff uns noch im Hafen um die Ohren. So war es für die erfahrenen Mitfahrenden nicht verwunderlich, dass das Schiff direkt hinter der Hafenmohle anfing zu stampfen und zu rollen. Die ursprüngliche Planung, die Arbeiten südlich der Insel vorsah, musste wegen starken Seegangs aufgegeben werden und wir fuhren auf die Nordseite der Insel.

Mit den bordeigenen hydroakustischen Systemen und der mitgebrachten Seismik kartierten wir den äußeren Schelf und oberen Hang der Insel. Ziel war es, die mögliche Verbindung von der vor 5 Jahren entdeckten Rinnen am Meeresboden mit Wasserfurchen in den Flanken der Inselvulkane aufzuzeigen. Diese Arbeiten konnten bereits in der ersten Nacht an Bord erfolgreich abgeschlossen werden. Wir wissen nun, dass über die Wasserfurchen an Land und die submarinen Rinnen vulkanische Ablagerungen der Insel hangabwärts transportiert werden und sich am Meeresboden in Entfernungen von mehreren 10 km ablagern. Damit konnte eine andere Theorie widerlegt werden, nach der sich die Rinnen durch abgelenkte Trübeströme bilden, die suspendiertes Sediment aus dem Nordwesten des Archipels bis an die Nordküste von Sao Miguel transportieren.

Zwar hatten alle Fahrtteilnehmer die erste Nacht an Bord gut überstanden, aber natürlich freuten wir uns über das sonnige, warme und relativ windstille Wetter der folgenden Tage. Nachfolgende geophysikalische Messungen gaben uns weiteren Aufschluss über verschiedenste Sedimenttransportprozesse wie Trübeströme, Hangrutschungen und strömungskontrollierte Umlagerung; sowie über die tektonische Zergliederung und den vielfach vorkommenden Unterwasservulkanismus südlich von Sao Miguel.

Vier Stationen mit dem videogeführten Hydraulikgreifer wurden am 31.12.2014 erfolgreich am östlichen Rand des Azorenplateaus östlich der Formigas Bank gefahren. Die Beprobung zeigt, dass die Vulkane in diesem Bereich offensichtlich nicht mehr aktiv sind. Das Vorkommen von teils gerundeten Komponenten in den Sedimenten weist auf flach-marine erosive Prozesse hin. Am 3.1.2015 kam erneut der Greifer auf einer topographischen Erhöhung im westlichen Bereich des Azorenplateaus zum Einsatz. Die Aufnahmen zeigen markante Abbruchkanten von kleineren Karbonatplattformen. Pelagische Sedimente lagern sich im wesentlichen in kleineren topographischen Senken ab. Der Greifer enthielt einen circa 50x30x40 cm großen Block aus biogenem Karbonat mit Bryozoen, Korallen und Schwammfragmenten. In späteren Proben von der Princessa Alice Bank waren keinerlei Hinweise von magmatischen Gesteinen zu finden.

Da die Messungen direkt nach dem Auslaufen begonnen hatten, waren die ersten Tage von hoher Dynamik geprägt, das Zusammenspiel von Besatzung und Wissenschaft war von Beginn an professionell, effektiv und angenehm, so dass wir alle unsere Zwischenziele in vollem Umfang erreichen konnten. Zum Silvesterabend hatte die Besatzung den Besprechungsraum wunderbar ausgeschmückt, und die Köche und Stewarts verwöhn ten uns mit Leckereien. Die Feier förderte das weitere Kennenlernen, und am Ende dieser ersten Woche haben sich alle hervorragend eingelebt.

Alle Fahrtteilnehmer sind wohlauf und senden Grüße nach Hause.

Christian Hübscher (Fahrtleiter M113) 

Forschungsschiff Meteor

Ausfahrt M113 (28.12.2014 - 4.1.2015)
Azoren Plateau
Fahrtleitung: Prof. Dr. Chr. Hübscher, Uni Hamburg

Crew Erlangen:

Dr. Chr. Beier
Dipl. Geol. Chr. Weinzierl
B. Schleifer