Brochuere_Zu_Wasser_die_Erde_erforschen

ZU WASSER
DIE ERDE ERFORSCHEN
Titelbild : Das Forschungsschiff Sonne
DIE
ZU WASSER
ERDE ERFORSCHEN
Eine Langzeitperspektive für die deutsche
geowissenschaftliche Meeresforschung
zur Erkundung der Dynamik des Systems Erde
Bedarf für ein Hochleistungsforschungsschiff
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VORWORT
Die Umweltbedingungen auf der Erde sind einem natürlichen Wandel unterworfen,
den der Mensch in der jüngsten Vergangenheit in exponentiell zunehmendem Maß
beeinflusst. Durch Menschen verursachte Umweltveränderungen, z.B. infolge der
massiven Ausbeutung der natürlichen Ressourcen, gefährden langfristig die Stabilität
der natürlichen Gleichgewichte. Naturkatastrophen können diese Destabilisierung
beschleunigen. Diese Veränderungen werden die Lebensqualität verringern und
langfristig Gesellschafts- und Wirtschaftssysteme massiv beeinflussen.
Deshalb müssen Maßnahmen zum Schutz der Umwelt sowie zur Vorsorge und
Gefahrenbegrenzung ergriffen werden. Sie müssen sich auf gesicherte
Basisinformationen stützen können.
Im Gegensatz zu vielen anderen Staaten ist in Deutschland das Bewusstsein
vorhanden, auch für die Vorsorge zukünftiger Generationen verantwortlich zu sein.
Den Meeresräumen ist dabei eine große Bedeutung eingeräumt worden, wie es
die staatliche Förderung der deutschen und internationalen Meeresforschung belegt.
Noch bestehen zu große Lücken im Verständnis der komplexen Zusammenhänge
zwischen fester Erde, Meer, Vereisungsgebieten, Atmosphäre, Biosphäre und
Erdbahnänderungen, um langfristig wirksame Nutzungs- und Schutzkonzepte
entwickeln und optimieren zu können. Besonders auffällig sind diese Lücken beim
Ö
kosystem des Meeres, bei der Rolle des Meeres in der Klimaentwicklung und bei
der umweltschonenden Rohstoffgewinnung.
Bei der Schließung dieser Lücken spielt die fachübergreifende Meeresforschung
eine eminent wichtige Rolle. So wird auch die geowissenschaftliche
Meeresforschung, die sich weitestgehend mit der festen Erde unter den Ozeanen
befasst, verstärkt mit naturwissenschaftlichen Nachbardisziplinen, wie
Ozeanographie und Biologie, zusammenarbeiten müssen, um ein Gesamtverständnis
vom Zusammenwirken der verschiedenen Sphären des Systems Erde zu erzielen.
In diesem Sinne haben die im marinen Bereich arbeitenden deutschen
Geowissenschaftler unter Mitwirkung anderer Disziplinen die Ziele einer zukünftigen
geowissenschaftlichen Meeresforschung definiert. Ein wesentlicher Teil dieser Ziele ist
bereits in dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten
Programm „Geotechnologien“ definiert, welches von der Senatskommission für
Geowissenschaftliche Gemeinschaftsforschung der Deutschen Forschungsgemeinschaft
zusammengestellt wurde. Auch in der Denkschrift „Meeresforschung im nächsten
Jahrzehnt“ der Senatskommission für Ozeanographie finden sich viele der hier
diskutierten Themen.
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Die Komplexität dieser zukünftigen Forschungsaufgaben sowie ihr Umfang und ihre
Kosten erfordern ein hohes Maß an internationaler Abstimmung und Arbeitsteilung.
Eine wichtige Voraussetzung wird dabei die Verfügbarkeit eines modernen
Forschungsinstrumentariums einschliesslich geeigneter Forschungsschiffe sein.
Dafür plädiert die vorgelegte Perspektive der deutschen marinen Geowissenschaften.
Sie ist in ihrer Gesamtheit ein Ausdruck des Willens der Wissenschaftler, sich an der
Gestaltung einer lebenswerten Zukunft zu beteiligen.
Das Redaktionskomitee
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KURZFASSUNG FÜR DEN EILIGEN LESER
Das Meer und die Meeresböden spielen eine wesentliche Rolle für die
Entwicklung der Zivilisation. Darum wird ihre ständige Erforschung und
Erkundung auch in Zukunft große Bedeutung haben. Dabei kann auf Forschungsschiffe nicht verzichtet werden. Mit ihnen werden Daten und Proben gewonnen,
um die Dynamik der Umweltverhältnisse und des Erdinneren zu erkunden.
Das dabei erzeugte Wissen dient dazu, dem Umwelt- und Ressourcenmanagement
der Meere sowie der angrenzenden Küstenzonen eine solide Basis zu geben.
Wir sind jedoch noch weit von einem kohärenten Verständnis des Systems
Erde und seiner Dynamik entfernt.
Da mehr als 70 % der Oberfläche der Erde von den Ozeanen eingenommen
werden, ist der Bedarf an entsprechender Meeresforschung unvermindert groß.
Diese hat vor allem die Aufgabe, die engen Wechselwirkungen zwischen
Biosphäre, Ozean, Atmosphäre, Kontinenten, Meeresböden und Vereisungsgebieten
zu erfassen. Dabei ist der Blick zurück in die Erdgeschichte unerlässlich, denn die
Spuren von Veränderungen der Lebewelt und Umweltverhältnisse sowie von
geologischen Prozessen wurden in den Sedimenten der Meeresböden
über Jahrmillionen hinweg konserviert. Die moderne Meeresforschung kann viele
dieser Spuren lesen und deuten.
Am Meeresboden lassen sich heute Wärmetransport bzw. Energiehaushalt
der tief im Erdinneren fließenden heißen Ströme aus teilweise geschmolzener
Materie, der Asthenosphäre, studieren. Auf dieser schwimmt und bewegt sich die
aus relativ starren Platten zusammengesetzte äußere harte Schale der Erde, die
Lithosphäre. Sie liegt zu über 70 % unter Meeresbedeckung.
Ihre Bewegung in den letzten 200 Millionen Jahren wurde durch die
geologische Erforschung der Ozeanböden zum Teil sehr präzise
rekonstruiert. Vieles bleibt aber noch unklar.
Die Bewegung der Lithosphärenplatten ist sowohl mit vulkanischer Aktivität,
als auch mit Erdbeben verbunden. Über 90 % aller Erdbeben setzen ihre
mechanische Energie unter Meeresbedeckung frei. Dabei kommt es
häufig zu gewaltigen Erschütterungen der Erdkruste und Flutwellen mit
verheerenden Zerstörungen auf dem angrenzenden Festland.
Methoden für die Gefahrenreduzierung müssen
weitgehend erst noch entwickelt werden. Dafür
müssen in großem Umfang wissenschaftliche
Daten aus dem marinen Bereich
beschafft werden.
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Gewaltige Mengen an Lava gehen aus aufsteigender Asthenophäre entlang
der Kammzonen der mittelozeanischen Rücken hervor. Diese Lavaförderung in zwei
bis drei Kilometer Wassertiefe ist weit stärker als die aller Vulkane auf den
Kontinenten. 70 % der Erdkruste werden auf diese Weise ständig neu gebildet.
Die damit verbundenen geologischen Prozesse sind nicht hinreichend bekannt.
Entlang dieser 65 000 km langen vulkanischen Zone durchdringt das kalte
Meerwasser die erkaltende Lava, laugt sie an und löst dabei auch Metalle aus ihr
heraus. Diese werden am Meeresboden wieder ausgeschieden, z.T. als massive
Erzkörper mit beträchtlichen Bunt- und Edelmetall-Konzentrationen. Ausmaß und
Verbreitung dieser Erzkörper sind kaum erforscht. Entsprechend vage sind die
Aussagen über ihre wirtschaftliche Bedeutung.
Auch andere Rohstoffpotentiale des Meeresbodens sind nur ansatzweise
bekannt und müssen im Interesse der Rohstoff-Vorsorge untersucht werden.
Insbesondere das riesige Energiepotential der Gashydrat-Vorkommen
sowie das Erdöl- und Erdgaspotential der Kontinentalränder im
Tiefwasserbereich gilt es zu erkunden. Aber auch die Risiken,
die mit der Nutzungder Rohstoffvorkommen durch
Veränderungen der Umweltverhältnisse auftreten
können,müssen besser verstanden werden.
Die Prozesse, die die Meeresböden und Erdumweltverhältnisse
laufend verändern, sowie das Rohstoffpotential der
Meeresböden lassen sich nur von hochspezialisierten
schwimmenden Forschungsplattformen aus untersuchen.
Große Forschungsschiffe wie das deutsche Forschungsschiff
SONNE sind in der Lage, während langer Einsatzzeiten
und unter schwierigen Seebedingungen weltweit zu
operieren sowie Daten und Proben sowohl aus der
Wassersäule als auch vom Meeresboden in jeder
Wassertiefe zu gewinnen.
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Schiffe dieser Größe werden auch gebraucht, um den großen Platzbedarf für
Personal und wissenschaftliche Ausrüstung zu befriedigen. SONNE nimmt unter allen
großen Forschungsschiffen mit ihrer wissenschaftlichen und technischen
Grundausstattung eine Spitzenstellung ein. Als einziges deutsches Forschungsschiff
besitzt sie eine dynamische Positionierung, die für das schnelle Auffinden von
Meß- und Beprobungslokationen und das Einhalten der Position bei stationären
Arbeiten von größtem Wert ist.
Die Arbeiten mit dieser hervorragenden Forschungsplattform haben zum hohen
Ansehen der deutschen Meereswissenschaften, besonders der marinen
Geowissenschaften wesentlich beigetragen.
Viele erfolgreiche Partnerschaften mit ausländischen Forschern hatten ihren Ausgang
in der Nutzung von SONNE bei gemeinsam durchgeführten Forschungsvorhaben.
Mit SONNE wurden auch bedeutende Beiträge zu führenden internationalen
Forschungsinitiativen wie dem internationalen Tiefseebohrprogramm ODP und zu
Abkommen der wissenschaftlichen und technischen Zusammenarbeit mit anderen
Ländern geleistet.
Wissenschaftliche Qualifikation und personelle Kapazität sowie zukunftsweisende
Forschungsprogramme sind in der deutschen Meeresforschung vorhanden, um
eine derartige Forschungsplattform neben den beiden anderen großen deutschen
Forschungsschiffen POLARSTERN und METEOR permanent, langfristig und effektiv
zu nutzen.
Zur Begründung des Bedarfs an einem Hochleistungsforschungsschiff vom Typ
SONNE und der Notwendigkeit, sich an moderner Meeresforschung zu
beteiligen, wird in der vorliegenden Schrift von 18 Forschungseinrichtungen
eine Perspektive vorgelegt.
Die Schwerpunkte der Arbeit werden im Pazifischen und Indischen Ozean liegen,
weil sie die geologisch aktivsten Gebiete sind und das
größte Rohstoffpotential besitzen.
Die vorgelegte Perspektive reicht über
die nächsten 10 Jahre hinaus.
Sie geht davon aus, dass SONNE
langfristig zur Verfügung steht
und dem technischen
Fortschritt angepasst wird
oder durch eine modernere
Plattform ersetzt wird und
dass die mit ihr betriebene
Forschung angemessen
gefördert wird.
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EINLEITUNG
Die Ozeane sind der größte Lebensraum der Erde; sie bedecken mehr als 70 %
der Oberfläche unseres Planeten. Die systematische Erforschung der Meere und ihres
Untergrundes liefert einen enormen Erkenntnisgewinn, der die globalen
Veränderungen der Umwelt sowie die natürlichen, langfristig nutzbaren Ressourcen
besser abzuschätzen erlaubt.
Die Ergebnisse der Meeresforschung sind daher für die Zukunft der Menschheit
von besonderer Bedeutung. Die Bundesrepublik Deutschland steht mit an der Spitze
der internationalen Meeresforschung. Um diese Position halten zu können, müssen
entsprechende Mittel sowohl in der wissenschaftlichen Grundlagenforschung als
auch in der Forschung, die der wirtschaftlichen Anwendung dient, eingesetzt
werden. Hierzu sind auch leistungsstarke und speziell ausgerüstete Forschungsschiffe
unabdingbare Voraussetzung.
Sie müssen langfristig und berechenbar zur Verfügung stehen.
Die Forscher, die z.Zt. das Forschungsschiff SONNE nutzen, schlagen der
Bundesregierung in dieser Broschüre Forschungsthemen und Projekte von globaler
Bedeutung zur Förderung vor.
Zum Teil werden sich an diese Projekte zu ihrer Weiterverfolgung Tiefseebohrungen
anschließen müssen, die von dem zur Zeit laufenden internationalen
Tiefseebohrprojekt ODP oder dem geplanten Nachfolgeprogramm IODP
niedergebracht werden.
Die Ozeane sind das gemeinsame Erbe der Menschheit. Daher ist auch
die internationale Arbeitsteilung ein Wesenszug der Meeresforschung.
Die hier vorgeschlagenen Arbeiten, die den Einsatz eines Forschungsschiffes vom
Typ SONNE erfordern, werden deshalb aus Gründen der optimalen und
ressourcenschonenden Auslastung der nationalen Forschungskapazitäten mit den
entsprechenden internationalen Forschungsinitiativen
abgestimmt.
Die Forschungsarbeiten werden an die Technik der
Probenahme und der Datenermittlung hohe Ansprüche
stellen und damit besonders den kleinen und
mittelständischen Unternehmen der deutschen
Meerestechnik neue Betätigungsfelder eröffnen, wenn
es gelingt, diese rechtzeitig mit der vorgelegten
Langzeitplanung vertraut zu machen.
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DYNAMIK DER UMWELT
Veränderlichkeit der Beziehungen zwischen Biosphäre, Ozeanen,
Atmosphäre und Vereisung der Polgebiete
STAND DER WISSENSCHAFT
Der Blick auf die erdgeschichtlichen Umweltverhältnisse zeigt enge Beziehungen
zwischen fester Erde, Ozeanen, Atmosphäre, polaren Vereisungsgebieten und der
Lebewelt der Biosphäre (Abb. 1).
Abb. 1:
Es gibt eine Vielzahl von Klimakomponenten. Sie beeinflussen einander auf vielfältige Weise.
Überreste der marinen Lebewelt, Schwebstoffe, die von Flüssen ins Meer transportiert wurden, Staub, den
der Wind von den Kontinenten auf das Meer hinausweht und Gesteinsmaterial, welches beim Schmelzen
von Eisbergen freigesetzt wird, sinken auf den Meeresboden und bilden Meeressedimente. Aus ihnen lassen
sich Klimaveränderungen von Epochen der Erdgeschichte ablesen. Forschungsschiffe bringen das dazu
benötigte Material, z.B. mittels Bohrungen, zu Tage.
Die Meeresforschung hat bedeutende Beiträge zur Entschlüsselung dieser
Beziehungen und Wechselwirkungen geleistet.
Sowohl die im Erdinneren ablaufenden Prozesse als auch die durch die Geometrie
der Erdbahn verursachten Wechsel der Sonnenstrahlung haben Einfluss auf die
Umweltverhältnisse an der Erdoberfläche.
Erst die Berücksichtigung beider führt zu einem durchgehenden Verständnis des
Wandels der Lebensbedingungen im Laufe der Erdgeschichte.
Heute ist allgemein akzeptiert, dass Ozeanbecken entstehen, wachsen und
verschwinden, dass Lebensformen entstehen und aussterben, dass
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Vereisungen kommen und gehen, dass das Temperatur- und Kohlendioxidniveau
der Atmosphäre steigt und fällt und dass die chemische Zusammensetzung und die
Zirkulation des Weltozeans starken Veränderungen unterworfen sind.
Diese Prozesse bestimmen auf unterschiedliche Weise und in differierender zeitlicher
Abfolge das Klima der Erde.
Wir leben in einer Zeit, die von schnellen Veränderungen der Umweltverhältnisse
geprägt und an denen der Mensch selbst aktiv wie passiv beteiligt ist.
Die Erkenntnisse aus der Erforschung der Meere und der Meeresböden haben
bereits viel dazu beigetragen, dass wir die Empfindlichkeit des „Systems Erde“ besser
abschätzen können, insbesondere wie das System Bio-Geosphäre auf Änderungen
der Bedingungen reagiert und wie die natürliche Veränderlichkeit des Systems von
den vom Menschen verursachten Störungen unterschieden werden kann.
Der Meeresboden hat in seinen Sedimenten über Jahrmillionen hinweg die Informationen über klimatische und ozeanische Veränderungen gespeichert. Sedimente
zeigen, dass das Klima in Rhythmen von 100 000, 40 000 und 20 000 Jahren von
der Sonne gesteuert wird und schnelle Veränderungen in Zeiträumen von wenigen
hundert Jahren bis wenigen Jahrzehnten möglich sind. Ein Verständnis der raschen
Variationen ist gerade für eine hochtechnisierte Zivilisation von größter Bedeutung.
Aus Vergleichen der Entwicklung der Hominiden mit der aus Meeressedimenten
abgeleiteten Klimakurve für die letzten vier Millionen Jahre geht eindeutig hervor,
dass die Entwicklung des Menschen mit der des Klimas gekoppelt war. Auch kamen
wichtige Hinweise aus den Sedimenten zu den Reaktionen der Lebewelt auf
Katastrophen wie Vulkanausbrüche, Meteoriteneinschläge (Stichwort: Dinosauriersterben) oder der Kollaps von großen Vereisungen (Stichworte: Meeresspiegelanstieg
und Überschichtung des Meerwassers mit Süßwasser).
Die moderne Meeresforschung benutzt eine Vielzahl von Parametern für die
Modellierung eines ganzheitlichen „Systems Erde“. In vielen Fällen können Prozesse
unmittelbar beobachtet werden. Meistens ist es aber nötig, Indikatoren für
bestimmte Umweltverhältnisse der Vergangenheit zu finden, um das Archiv der
Ablagerungen am Meeresboden lesen zu können.
Zum Beispiel entzieht eine Vereisung der Polargebiete dem Ozean Süßwasser
und verursacht im Meerwasser eine relative Anreicherung des Sauerstoff-Isotops18O.
Da viele marine Mikrolebewesen sauerstoffhaltige Verbindungen für den Schalenund Skelettbau verwenden, steigt der Gehalt ihrer Schalen und Skelette an 18O
während der Zeiten der Vereisung. Durch systematische Bestimmung der Konzentration der Sauerstoff-Isotopen in Mikrofossilien von marinen Sedimentabfolgen kann
daher der Wechsel von Warm- und Eiszeiten abgeleitet werden.
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OFFENE FRAGEN
Der vom Menschen verursachte Eintrag von Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor,
Silizium, Kalzium, Schwefel, Blei, Cadmium, Quecksilber und anderen Elementen in
den Weltozean hat seit einigen Jahrzehnten die gleiche Größenordnung erreicht
wie der natürliche Eintrag und übertrifft bei einigen Substanzen diesen bereits erheblich. Es lässt sich bisher nicht abschätzen, wie sich die Überprägung der natürlichen
Stoffhaushalte und Kreisläufe durch den Menschen auf das globale Ö
kosystem
auswirken wird. In Zukunft wird daher die Frage im Vordergrund stehen, ob die
Menschheit gezwungen ist, die Stoffkreisläufe in Form eines globalen Umweltmanagements zu beeinflussen. Die durch Menschen verursachte Veränderung der
Stoffflüsse wird in den Sedimenten am Meeresboden registriert und diese Signale
können mit denen aus früheren Verhältnissen verglichen werden. Die Anzeiger für
bestimmte Umweltverhältnisse müssen einer Zeitskala zugeordnet und zu Modellen
verknüpft werden. Daraus können Prognosen zur Entwicklung mit und ohne
menschliche Einflussnahme abgeleitet werden. Wichtige Forschungsarbeiten:
● Rekonstruktion der ozeanographischen Verhältnisse
(Strömungen, Temperaturen, Salzgehalte) der letzten 500 _ 1000 Jahre
● Sammlung von Daten für Klimamodelle unter Berücksichtigung der Koppelung
Ozean/Atmosphäre
● Studium der Wechselwirkung von Meeresspiegelanstieg
und Sturmfluthäufigkeiten an tropischen Flachküsten
● Gewinnung von Daten zu abrupten Klimaschwankungen der jüngeren
Erdgeschichte (letzte 30 Millionen Jahre) in Schlüsselgebieten wie dem
antarktischen Kontinentalrand und in Meerespassagen
● Studium der Querbeziehungen zwischen Kohlenstoffeintrag,
biologisch kontrolliertem Stofftransport und chemischen Veränderungen des
Mineralbestandes und von Lösungen im Porenraum der jüngsten Ablagerungen
am Meeresboden
● Langzeitexperimente und Betrieb von In-situ-Beobachtungsstationen in
Gebieten mit starken Stoffumsätzen, beispielsweise im küstennahem Auftrieb
von kaltem nährstoffreichen Tiefenwasser
● Studium des raschen Umschlagens von Normal- zu Extrem-Bedingungen
(z.B. Salzgehaltskrisen) im System Bio-Geosphäre und Herausfiltern der
dafür verantwortlichen Parameter
Für die Beschaffung der dazu benötigten Daten und Proben ist neben der METEOR
und dem für die Polarregionen vorgesehenen Forschungsschiff POLARSTERN ein
weltweit einsetzbares deutsches Forschungsschiff vom Typ SONNE erforderlich.
Da die Arbeiten weitgehend langfristig und saisonal abhängig angelegt sind, muss
ein derartiges Schiff zur Verfügung stehen.
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Mit sogenannten Sinkstofffallen, von SONNE im Südchinesischen Meer ausgesetzt,
wurde der vulkanische Aschenregen registriert, der am 15. Juni 1991 vom Vulkan
Pinatubo (Philippinen) bei seiner verheerenden Eruption produziert wurde. In weniger als
drei Tagen wurden in den Fallen, die in 1200 und 3700 Meter Wassertiefe aufgehängt
waren, jeweils 9 Kilogramm Asche pro Quadratmeter aufgefangen. Dies ist eine Sedimentmenge, die in diesem Gebiet normalerweise erst in 300 Jahren akkumuliert wird. Eine
weitere Besonderheit war die unerwartet hohe Sinkgeschwindigkeit der Aschen. Sie war
bedingt durch die Bildung relativ großer Zusammenballungen von feinen Aschenpartikeln
infolge einer elektrostatischen Anziehung und Verzahnung, die bereits in der Atmosphäre
erfolgte. Dadurch wurde der spätere Transport der Asche durch Meeresströmung weitgehend verhindert. Statt dessen bildete sich die Richtung des Aschetransports in der
Stratosphäre auf dem Meeresboden als eine langgezogene Aschenlage ab. Sie nimmt eine
Fläche etwa von der Größe der Bundesrepublik Deutschland ein (Abb. 2). Ihr Gesamtvolumen beträgt etwa ein Kubikkilometer. Bei den Arbeiten mit SONNE wurden auch einmalige
Daten für die Abschätzung der Auswirkungen von vulkanischenAschenregen auf die Lebewelt am Meeresboden, wie Zerstörung des Lebensraumes und Wiederbesiedlung, geliefert.
CHINA
Mt. Pinatubo
15° N
Sedimentfalle
VIETNAM
Abb. 2:
Verbreitung der 1991er
Pinatubo-Asche am Boden des
Südchinesischen Meeres durch
Probenahmen mit SONNE
nachgewiesen. Mit einer
Sinkstofffalle wurde außerdem
die Rate bestimmt, mit der die
Aschepartikel auf den
Meeresboden „abregneten“:
In drei Tagen wurden
9 Kilogramm pro Quadratmeter
abgelagert, das ist
das Dreihundertfache der
normalen Sinkstoffrate.
LUZON
20° N
10° N
5°N
BORNEO
110° E
115° E
120° E
Wenn Meeresbodenproben und Organismen aus großen Wassertiefen ans Tageslicht gebracht werden,
erleiden sie einen Abfall des Umgebungsdrucks (bis zu 1100 atm) und einen Anstieg der Temperatur
von nahe dem Gefrierpunkt auf mehrere Grad Celsius. Für Organismen ist dies in der Regel tödlich,
biologische Stoffumsätze können dann nicht mehr studiert werden. Am Meeresboden verankerte
autonome Mess- und Experimentiersysteme sind daher die Grundvoraussetzung zur Erforschung
der natürlichen Prozesse. In dieser Technologie nimmt Deutschland international eine Spitzenstellung ein.
Es wurde bisher eine Reihe von sogenannten Landern für biogeochemische, geochemische und
biologische Untersuchungen eingesetzt. Sie bilden auch die Grundlage von Konzepten für eine Reihe von
Experimentier-Stationen, die mit kontinuierlicher Daten- und Kommandoübertragung arbeiten.
Derartige Tiefsee-Beobachtungsstationen müssen folgende technische Komponenten besitzen:
●
●
●
●
●
Energieversorgung für Langzeitbeobachtungen
Langzeitstabile Sensoren
Datenübertragung aus der Tiefsee
Ereignisgesteuerte Mess- und Sammelsysteme
Experimentiersysteme, welche die Umweltparameter modulieren
Größe und Gewicht dieser Gerätesysteme erfordern Hebezeuge und
Windenanlagen, über die nur große Forschungsschiffe wie SONNE verfügen.
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DYNAMIK DES ERDINNEREN
Material- und Energietransfer an Kontinentalrändern, die durch
Dehnung und Bruch der äußeren Schale der Erde entstanden sind
STAND DER WISSENSCHAFT
Die äußere Schale der Erde ist aus beweglichen Platten mosaikartig zusammengesetzt. Sie besteht aus Gesteinen der Kontinente und Ozeanböden, wird Lithosphäre
genannt und ist etwa 100 km dick. Zwischen ihr und dem in etwa 2900 km Tiefe
liegenden Erdkern liegt die zähplastische heiße Asthenosphäre. Beim Aufstieg von
Asthenosphäre entstehen Aufwölbungen. Steigt Asthenosphäre unter Kontinenten,
d.h. unter kontinentaler Lithosphäre auf, brechen diese auseinander. In die sich
dabei bildenden Spalten dringt geschmolzenes Asthenosphärenmaterial (Magma) ein
und Vulkane entstehen. Zunächst spielt sich der Vulkanismus mit Lavaflüssen und
Aschenregen noch auf den Kontinenten ab, aber mit fortschreitendem Auseinanderreißen sinkt der Boden der Kontinente im Bereich der Spaltenbildung grabenförmig
ab und das Meer dringt in die Senken ein. Magma und Laven erstarren und bilden
jetzt neuen Meeresboden, ozeanische Lithosphäre entsteht. An der Grenze zwischen
der kontinentalen und ozeanischen Lithosphäre geht die Absenkung mit zunehmender Entfernung der Kontinentfragmente weiter. Das Zentrum der ozeanischen Lithosphärenbildung verharrt jedoch infolge des stetigen Aufstiegs heißer Asthenosphäre
allgemein in Tiefenlagen zwischen 2000 und 3000 m und bildet schließlich die
mittelozeanischen Rücken mit einer Gesamtlänge von 65 000 km.
Die Kontinentalränder, die durch Dehnung und Aufreißen der kontinentalen Lithosphäre
entstehen, werden Extensionsränder genannt. Es gibt zwei grundverschiedene Typen
dieser Ränder: den von Bruchbildung geprägten und den vulkanischen Typ.
1. DER VON BRUCHBILDUNG GEPRÄGTE KONTINENTALRAND
Er entstand durch langsame und über mehrere 10er Millionen Jahre anhaltende
Dehnung. Dabei bildete sich auf mehr als 200 km Breite ein System von Brüchen,
das die kontinentale Lithosphäre in hoch- und tiefliegende Schollen, sog. Horste
und Gräben, gliederte. Vulkanismus begleitete die Bruchbildung. In der Folgezeit
wurden die Schollen und Vulkane vom Meer überflutet und mit Sediment bedeckt.
Gegenwärtiges Beispiel für die Graben- und Horstbildung sowie Absenkung ist der
Große Ostafrikanische Graben. Sinkt dieser weiter ab, wird er wahrscheinlich in
ferner Zukunft vom Meer überflutet. Dieses Stadium kann im Roten Meer beobachtet
werden, wo sich arabische und afrikanische kontinentale Lithosphäre voneinander
wegbewegen. Der Boden des Roten Meeres wird teilweise schon durch magmatisch-vulkanisch entstandene ozeanische Lithosphäre gebildet.
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Abb. 3:
Die äußere harte Schale der Erde, die Lithosphäre, besteht aus beweglichen Platten. Die Haupt-Plattengrenzen sind mittelozeanische Rücken und Subduktionszonen. Die letztgenannten liegen im Bereich der
Tiefseegräben. Hier tauchen die Platten in das Erdinnere ab und werden schließlich aufgeschmolzen,
während gleichzeitig an den mittelozeanischen Rücken durch erstarrende Gesteinsschmelzen dieser Verlust
von Lithosphäre kompensiert wird. Der gesamte Prozess wird plattentektonischer Zyklus genannt. Antrieb
für diesen sind langsam fließende Ströme aus teilweise geschmolzener heißer Materie, der Asthenosphäre.
2. DER VULKANISCHE KONTINENTALRAND-TYP
Bei diesem Typ wurden während des Aufreißens der kontinentalen Lithosphäre
innerhalb weniger Millionen Jahre große Mengen an vulkanischem Material
gefördert. Die vulkanischen Lavadecken und Aschenlagen waren 5 _ 10 km dick
und erreichten eine Breite von etwa 200 km. Nach dem völligen Auseinanderbrechen der Kontinente sanken die Ränder der entstandenen Kontinentalfragmente
mehrere tausend Meter ab, die auseinandergerissenen vulkanischen Komplexe
kippten dabei seewärts und wurden anschließend mit Sedimenten überdeckt.
Diese vulkanischen Komplexe wurden zunächst im Atlantischen Ozean
geophysikalisch als sogenannte "meerwärts geneigte und sich spreizende seismische
Reflektoren" geortet und später durch Bohrungen des internationalen
Tiefseebohrprogramms ODP nachgewiesen. Damit ist bewiesen worden, dass es
geologisch kurze Episoden mit extrem starkem Vulkanismus gab. Sie gingen mit
anderen Ereignissen, wie der Ausbildung sauerstoffarmer Milieus im Ozean,
Massenaussterben von Tier- und Pflanzenarten, erhöhter globaler Temperatur und
Meeresspiegelhochständen, einher. Im Einzelnen sind die Auswirkungen dieses
Vulkanismus auf Atmosphäre, Ozean und Biosphäre kaum bekannt.
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Um das Klimageschehen der Vergangenheit zu entschlüsseln, sind wir auf Archive
angewiesen, beispielsweise die Eisdecken der Polargebiete sowie lückenlos abgelagerte
Meeressedimente. Arbeiten mit SONNE vor Pakistan haben Beweise dafür geliefert,
dass die Klimaveränderungen während der letzten 70.000 Jahre über dem Arabischen Meer
und im Eis von Grönland absolut synchron verliefen (Abb. 4). Erstmals wurde mit Hilfe von
langen zylindrischen Sedimentproben (sog. Sediment- bzw. Bohrkernen) nachgewiesen, dass
die aus dem Grönlandeis bekannten, extrem rasch aufeinander folgenden Warm-Kalt-Phasen
im Gleichschritt den Wechseln in der Intensität des Monsuns folgten. Dies beweist eine
extrem starke ursächliche Verknüpfung aller Klimaveränderungen, die global über atmosphärische Fernwirkungen gesteuert sein muss.
Es zeigt auch, dass zukünftige Klimaveränderungen sicher nicht lokal begrenzt sein werden.
Nur mit einem Forschungsschiff vom Typ SONNE ist es möglich, Sedimentkerne in der
erforderlichen Länge und Qualität für weitere Untersuchungen zur Klimaentwicklung zu
gewinnen.
Abb. 4:
Kalte und warme Phasen, die im Eis von Grönland nachgewiesen wurden, liefen in den letzten 70 000
Jahren zeitgleich mit Änderungen der Intensität des Monsuns über dem Arabischen Meer ab (vergleichbare
Phasen sind nummeriert). Die Veränderungen der Monsunintensität wurde aus Sedimenten des Arabischen
Meeres abgeleitet. Dazu wurden lange zylindrische Proben (Sedimentkerne) benötigt, wie sie in dieser
Länge und Qualität nur mit einem Forschungsschiff vom Typ SONNE gewonnen werden konnten.
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Abb. 5:
Ausbringen eines sogenannten Kammer-Landers
mit SONNE. Das Gerät misst am
Meeresboden in bis zu 6 km Wassertiefe den
Sauerstoffverbrauch durch Organismen.
Während der Messphase können auch
Wasserproben für spätere Analysen
genommen werden. Außerdem können
mit dem Gerät Markierungsstoffe in den
Meeresboden eingebracht werden, um
ihre Verteilung durch wühlende Tiere zu
verfolgen. Einsätze des Geräts können bis
zu sechs Wochen dauern.
Mit SONNE wurden am Kontinentalhang
vor Portugal lange zylindrische Sedimentproben gewonnen, die eine Erfassung
von Veränderungen der Umweltverhältnisse
in den vergangenen 50.000 Jahren mit einer Genauigkeit im Bereich von 1000 Jahren ermöglicht
haben. Mit Hilfe der Verhältnisse der Sauerstoffisotope in
den Schalen von planktischen, d.h. im Wasser schwebenden
Foraminiferen (einzellige Tiere), wurden markante Anomalien in den Wassertemperaturen
nahe der Meeresoberfläche und Veränderungen in der Meereszirkulation ermittelt.
Sie stehen mit bekannten abrupten Klimaeinbrüchen im nordatlantischen Raum in
Verbindung. Durch das Zerfallen der großen Eisschilde in der Nordpolarregion kam es dort
zu Schmelzwasserfluten und zur Überschichtung des Meerwassers mit Süßwasser.
Dadurch wurde die ozeanische Zirkulation beeinflusst und die Temperaturen gingen
dramatisch zurück. Diese Ereignisse wiederholten sich und wirkten sich sogar auf
die Sedimentablagerungen vor Portugal aus, was zeigt, dass klimatische Veränderungen
über große Entfernungen wirken.
OFFENE FRAGEN
Die Nutzung von fossilen Energierohstoffen, insbesondere von Erdöl und Erdgas,
wird auch weiterhin eine wesentliche Rolle in der Weltwirtschaft spielen.
Daher wird auch die Suche nach ihnen und ihre Gewinnung eine vorrangige
Aufgabe bleiben. Die von Bruchbildung beherrschten Extensionsränder mit ihren
riesigen Sedimentakkumulationen sind im Hinblick auf Erdöl und Erdgas noch
lange nicht ausreichend erkundet. Um ihre wirtschaftliche Bedeutung im vollen
Ausmaß bewerten zu können, besteht noch erheblicher Forschungsbedarf.
Das gilt noch weit mehr für die vulkanischen Ränder, die etwa 60 % der Ränder des
Atlantischen und sehr wahrscheinlich auch des Indischen Ozeans ausmachen.
Beim Forschungsbedarf für die Extensionsränder sind in erster Linie zu nennen:
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● Weiterentwicklung der geodynamischen Konzepte, besonders für die
Anfangsstadien der Kontinentalrandbildung. Die sedimentären und thermischen
Prozesse, die zur Bildung von Erdöl und Erdgas geführt haben, sind dabei von
großem Interesse.
● Modellieren der geodynamischen Prozesse, die zu großräumigen und
voluminösen Schmelzbildungen in der Asthenosphäre und zur Anlage der
vulkanischen Extensionsränder geführt haben.
● Studien über Schmelzregime und Schmelzwanderung sowie Bestimmung der
Volumina vulkanisch gebildeter Gesteinskomplexe.
● Untersuchungen zu den Auswirkungen des starken Vulkanismus der vulkanischen
Ränder auf Atmosphäre, Ozean und Biosphäre im Laufe der Erdgeschichte und
Nutzung der daraus gewonnenen Erkenntnisse für die Klimamodellierung.
● Ableitung der Sedimentationsabläufe und der Reifung von organischen Stoffen zu
Erdöl und Erdgas für das sedimentäre Stockwerk der vulkanischen Ränder.
Der weitaus überwiegende Teil der genannten Untersuchungen muss
mit geophysikalischen, geologischen und geochemischen Methoden und
mit modernen Forschungsschiffen vom Typ SONNE durchgeführt werden.
Solche Schiffe gewährleisten eine präzise Probenahme und den Einsatz
großer schwerer Probenahme- bzw. Beobachtungsgeräte
(z.B. Hammerlot, ferngesteuerte Geräteträger, Tauchboote,
Stationen zur Langzeitbeobachtung).
Zum Teil werden die Arbeiten der Erkundung
von Zielgebieten für
wissenschaftliche
Tiefseebohrungen
gleicher Thematik dienen.
An die Vorerkundung von
Bohrlokationen werden
höchste Anforderungen in
Bezug auf Position und
Tiefenlage von Bohrzielen
sowie die Bohrsicherheit
gestellt.
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MATERIAL- UND ENERGIEAUSTAUSCH BEI DER NEUBILDUNG
VON LITHOSPHÄRE IM OZEAN
STAND DER WISSENSCHAFT
Auf einer Länge von 65 000 km wird an den mittelozeanischen Rücken meist in
Wassertiefen zwischen 2000 und 3000 m ständig neue Lithosphäre durch Aufstieg
und Ausfließen von Schmelzen sowie deren anschließendem Erstarren zu Gestein
von meist basaltischer Natur gebildet. Die Schmelzen stammen aus der heißen und
zäh fließenden Asthenosphäre. Der untermeerische vulkanische Prozess der Meeresbodenneubildung produziert Lithosphäre mit einer Rate von ca. 20 km 3 pro Jahr.
Er ist für die Bildung von zwei Dritteln der Lithosphäre verantwortlich. Etwa 50 %
des gesamten Wärmeverlustes des Erdinnern erfolgt über das System der mittelozeanischen Rücken mit seinen Vulkanen. Die Abkühlung der neugebildeten Lithosphäre
erfolgt überwiegend durch kaltes Meerwasser, welches in sie eindringt und erwärmt
wieder aufsteigt, um am Meeresboden mit Temperaturen von z.T. über 300 °C aus
rw
a
s
ser
m
al
e Re
a
kt
szone
ion
er Basalt
heiß
ische Schmelze
basalt
n
360°
o
o
heiße Fluide
C Iso
t
i
dr
er
ung
Vermischung und
Abkühlung
Erzbildung
Stö
r
s er
Meerwas
1,5 - 2,5 km
ErzSchornstein
Schichtflußlava
hy
th
Fluide mit hoher
Austrittstemperatur
(250-410°C)
Diffuse Fluide
mit niedriger
Austrittstemperatur
(5-50°C)
und viel BIologie
Kissenlava
ältere
Schornsteinbruchstücke
Mee
5 - 50 m
weißer oder
schwarzer
Rauch
therm
e
r k
i
Z
u
la
Hb./Erb.
Ausdehnung der ozeanischen Kruste
Abb. 6:
Schematischer Querschnitt durch ein Hydrothermalsystem in der Kammregion eines mittelozeanischen Rückens, an
dem neue Lithosphäre gebildet wird. Kaltes Meerwasser mit einer Temperatur von etwa 2 ºC dringt in die heißen,
aus erstarrtem Magma und Lava gebildeten Lithosphärengesteine (u.a. Basalt) ein. Es wird auf 350 _ 450 °C aufgeheizt und reagiert chemisch mit den Gesteinen. Die heiße Lösung steigt wegen ihrer geringer gewordenen Dichte
zum Meeresboden auf und tritt zum Teil aus schornsteinartigen Quellformen, sog. „Rauchern“, zum Teil aber auch
diffus aus. Abscheidung von Erzen, vornehmlich von Schwefelkies, Kupferkies und Zinkblende, findet sowohl in den
„Schornsteinen“ als auch fein verteilt im Meeresboden bis in einige hundert Meter Tiefe statt.
17
sogenannten Hydrothermen auszutreten (Abb. 6).
Diese Konvektion reicht bis in Tiefen von 1 _ 2 km
unter dem Meeresboden und hält solange an, bis alle
Wege durch das vulkanisch gebildete Gestein mit
neugebildeten Mineralen "versiegelt" oder der
Meeresboden mit Sedimenten völlig bedeckt ist.
Es wird angenommen, dass durch diese
Konvektion das gesamte Wasser der Ozeane in
einer Million Jahre einmal durch die oberste ozeanische Lithosphäre bzw. die ozeanische Erdkruste
zirkuliert ist.
Das heiße agressive Wasser laugt aus den gerade gebildeten Gesteinen viele Stoffe
heraus, unter anderem wirtschaftlich interessante Metalle. Noch während des
Aufstiegs und am Meeresboden werden viele dieser Metalle als schwefelhaltige Erze,
sogenannte Metallsulfide, wieder abgeschieden. Manche dieser Abscheidungen
haben ein so großes Ausmaß, dass sie an Land ausgebeutet würden.
Ein Vorkommen dieser Art in der Bismarck-See (Papua-Neuguinea) hat bereits zu
einer Lizenznahme durch ein Unternehmen geführt.
Die interessanten Metalle der untermeerischen Vorkommen sind Kupfer, Zink und
Blei, bei einigen Vorkommen auch Gold und Silber. Wegen der allgemein
niedrigen Rohstoffpreise ist ein Abbau der untermeerischen Vorkommen jedoch in
den meisten Fällen noch nicht wirtschaftlich. Die Zusammensetzung der durchströmten vulkanischen Gesteine bestimmt ganz wesentlich die Zusammensetzung
der Erze. So sind beispielsweise relativ hohe Goldgehalte kennzeichnend für
Erzabscheidungen aus Lösungen, die die durch Meeresbodenspreizung
entstandenen Böden der Nebenmeere hinter Inselbögen ausgelaugt haben.
Die dort auftretenden Gesteine enthalten mehr silikatische Komponenten als solche,
die an den Rückenkämmen des offenen Ozeans entstanden sind.
Die thermische Energie einiger der hydrothermal aktiven Gebiete würde ausreichen,
um kleinere Kraftwerke mit einer Leistung von 200 _ 250 Megawatt zu betreiben.
Die metallhaltigen Lösungen können bis zu 450 °C heiß sein.
Wegen des hohen Drucks der Wassersäule kochen sie jedoch nicht. In diesem
Milieu haben sich überraschenderweise Lebewesen entwickelt.
Bakterien, mit denen möglicherweise die Entwicklung des Lebens auf der Erde
begonnen hat, nutzen die Energie aus der Umsetzung von Schwefelwasserstoff und
Methan, die von den Quellen geliefert wird. Von diesen Bakterien leben wiederum
hochspezialisierte Tiere, die in auffälliger Weise die hydrothermalen Quellen
besiedeln (Abb. 7a, b, c). Sie werden als genetische Ressource und biologische
18
Abb. 7a:
Der 1990 mit SONNE entdeckte Maulwurfskrebs Paraglypturus
calderus TÜRKAY & SAKAI 1995.
Er wurde in über 50 °C warmem Wasser in der Nähe
von heißen Quellen in 63 und 114 Meter Wassertiefe auf
der Esmeralda-Bank (Marianen-Inseln, Pazifischer Ozean)
gefunden. Es handelt sich um eine biologische
Neuentdeckung.
Alle zuvor untersuchten heißen Quellen des
Flachwassers zeigten zwar eine reichhaltige Fauna,
die Arten unterschieden sich aber nicht von denen
der kühleren Umgebung. Als Grund hierfür wurde
angegeben, dass bei gleichförmigem Nährstoffeintrag
aus der darüberliegenden Wasserschicht die daraus hervorgehende bakterielle Produktion
keine isolierten Artengemeinschaften erzeugen kann. Mit SONNE gelang es 1990 erstmals
auf der Esmeralda-Bank bei den Marianen-Inseln, aus 63 und 114 Meter Wassertiefe
Organismen zu bergen, die klare Unterschiede zur umgebenden Fauna zeigen. Zwei Arten
wurden mit Hilfe des großen SONNE-Fernsehgreifers zusammen mit Ablagerungen vom
Meeresboden geborgen, die über 50 °C heiß waren. Insbesondere die Krabbe Xenograpsus
novaeinsularis zeigt deutlich, dass es spezifische Warmwasserarten gibt. Der Maulwurfskrebs
Paraglypturus calderus war auch auf der Gattungsebene völlig neu.
Abb. 7b:
Kolonie der Muschelgattung
Calyptogena in einer Wassertiefe
von 2300 m vor Pakistan.
Sie zeigt das Austreten von
Schwefelwasserstoff aus dem
Meeresboden an. Die
Schwefelwasserstoff-Austritte
weisen ihrerseits auf einen
intensiven Transport von Gasen
und Flüssigkeiten innerhalb des
Meeresbodens hin. Die Aufnahme
wurde mit dem Foto- und
Fernsehsystem der SONNE
gemacht.
Abb. 7c:
Dichter Rasen von Muscheln der Gattung
Calyptogena vergesellschaftet mit Entenmuscheln (Neolepiden), Springkrebsen (Galatheiden), Garnelen (Carideen), Napfschnecken
(Patellen), größeren Gehäuseschnecken und
Seeanemonen (Actinien). Er zeigt das Austreten von Schwefelwasserstoff aus dem
Meeresboden an. Diese Austritte von Schwefelwasserstoff weisen ihrerseits auf einen intensiven Transport von Gasen und Flüssigkeiten
im Meeresboden hin. Die Aufnahme wurde
mit dem Foto- und Fernsehsystem der SONNE
in 1500 m Wassertiefe in der Nord-Irland-See
(Südwestlicher Pazifik) gemacht.
19
Das erste von bisher zwei bekannten hydrothermalen Sulfiderzvorkommen im Indischen
Ozean wurde mit SONNE auf dem Zentralindischen Rücken mit einem kabelgebundenen
Fernsehsystem entdeckt und mit dem fernsehgesteuerten Greifersystem der SONNE
beprobt. Mittels 230Th/234U-Datierungen wurde ermittelt, dass die hydrothermale Aktivität
schon vor 10 000 Jahren zu Ende ging. Seitdem werden die damals gebildeten Erze,
hauptsächlich Kupferkies und Schwefelkies (Pyrit), durch einen verwitterungsähnlichen
untermeerischen Prozess zersetzt.
Rohstoffquelle für die Erzeugung pharmazeutischer Produkte angesehen.
OFFENE FRAGEN
Nur etwa 5 % der Kammregionen von mittelozeanischen Rücken sind auf
hydrothermale Vererzungen näher untersucht worden. Weder ist ihre Häufigkeit
noch die Zusammensetzung statistisch erfasst worden, um ihren wirtschaftlichen
Wert zu bestimmen. Die bisherigen Untersuchungsergebnisse deuten auf eine große
Variabilität der Vorkommen.
Vordringliche Aufgaben bei der Erforschung der Hydrothermalgebiete sind:
● Erforschung des Funktionierens der Aufschmelzprozesse und der starken
Variabilität der Magmen an Orten der Meeresbodenneubildung sowie Studium
der Zusammenhänge zwischen Lithosphärenstruktur, magmatischen und
hydrothermalen Prozessen in Raum und Zeit
● Vergleich von mittelozeanischen Rückensystemen und Inselbogensystemen in
Bezug auf die vorher genannten Prozesse
● Quantifizierung physikalischer, chemischer und biologischer Prozesse beim
Austausch zwischen Meerwasser und Gestein durch langzeitige Beobachtung,
Messung und Beprobung
● Studium der Zusammenhänge von phasenweisem Auftreten und Zonierung von
hydrothermaler Zirkulation mit dem Typ der Vererzung
● Einschätzung des thermischen Energiepotentials von hydrothermalen
Quellgebieten
● Einschätzung der Auswirkung von Gasaustritten in Hydrothermalfeldern
auf das Klima
● Erforschung der Schnittstellen von Geosphäre und Biosphäre in
Hydrothermalsystemen
20
l Einschätzung des biotechnischen Potentials von Hydrothermalsystemen
l Erforschung meeresbodennaher Strukturen in den Gesteinskomplexen der
Spreizungszentren und Einschätzung der Speichermöglichkeiten für toxische
Stoffe in permeablen Zonen (Aquiferen) der oberen Lithosphäre
l Verbesserung von Suchkonzepten, insbesondere von geochemischen und
geophysikalischen Methoden einschließlich des Einsatzes von ferngelenkten
Unterwasserfahrzeugen und Tauchbooten
Die Beschaffung der notwendigen Daten mit ferngesteuerten Probennehmern und
Messgeräteträgern (Abb. 8) sowie mit Hilfe von Tauchbooten ist nur mit präzise
positionierbaren Forschungsschiffen vom Typ SONNE möglich. Für biologische
Experimente werden spezielle Laborcontainer eingesetzt, für die ausreichend
zusätzliche Stellfläche benötigt wird. Außer POLARSTERN und METEOR besitzt in der
deutschen Forschungsflotte nur noch SONNE diese Möglichkeiten.
BILDUNG GROßER UNTERMEERISCHER VULKANISCHER PLATEAUS
Abb. 8:
Dieser ca. 3 m hohe Tiefsee-Geräteträger enthält Einrichtungen für die Gewinnung von 12 Flüssigkeitsproben
und einer Bodenprobe sowie von kontinuierlichen Fernsehbildern. Er kann ununterbrochen 12 Stunden lang
eingesetzt werden. Das System wurde vornehmlich bei der Erkundung von Hydrothermalquellen mit SONNE
eingesetzt.
21
BILDUNG GROßER UNTERMEERISCHER VULKANISCHER PLATEAUS
STAND DER WISSENSCHAFT
Der Austausch von Masse und Energie zwischen Erdinnerem und Erdäußerem
vollzieht sich über Konvektionsströme. Während der gegenwärtige Zustand der
äußeren Erde von dem Mosaik aus beweglichen Lithosphärenplatten bestimmt
ist, kann der Energie- und Massentransfer selbst in geologisch relativ junger Zeit
noch ganz anders gewesen sein. Von besonderem Interesse sind dabei Zeiten, in
denen gewaltige Eruptionen und Akkumulationen von Laven und vulkanischen
Aschen das Bild der äußeren Erde bestimmt haben. Besonders in der Zeit, als vor 80
bis 120 Millionen Jahren die großen untermeerischen vulkanischen Plateaus gebildet
wurden, haben dramatische Veränderungen in der Umwelt (Überflutungen weiter
Teile der Kontinente) und der Lebewelt (massenhaftes Auftreten von Kalkschalen
tragender Kleinstlebewesen) stattgefunden.
Auf Island, welches als jüngeres Beispiel für die Frühphase untermeerischer Plateaus
angesehen werden kann, fand 1783 eine gewaltige vulkanische Eruption statt.
Dabei wurden so große Mengen an vulkanischen Aschen und toxischen
Fluorverbindungen freigesetzt, dass es zu einer Hungersnot auf Island und einer
Abkühlung in Europa kam.
161°30´
161°25´W
Die meisten untermeerischen Plateaus sind
nur wenig untersucht.
Die Schlussphase ihrer Bildung war
wahrscheinlich gekennzeichnet von
einem sehr ausgedehnten explosiven
Vulkanismus oberhalb des Meeresspiegels,
dessen Zeugen wir in Form von
untermeerischen Basaltkuppen und Inseln
sehen, die die Plateaus überragen
(Abb. 9). An ihren Flanken ist nach dem
Absinken unter den Meeresspiegel
häufig Kalkabgelagert worden, mit dem
sich die Absenkungsgeschichte
rekonstruieren läßt.
10°15´
10°20´S
Abb. 9:
Topographische Karte von „Mt. Eddie“, einem Vulkan auf dem Manihiki-Plateau im zentralen Pazifischen
Ozean, der vor 100 _ 120 Millionen Jahren gebildet wurde. Die Oberfläche des Vulkans ist mit zahlreichen
Parasitenvulkanen besetzt. Er hat damals Lava und vulkanische Asche gefördert.
Bevor er mit SONNE detailliert vermessen und beprobt wurde, war angenommen worden, dass es sich um
einen durch Methangasaufstieg aktiven Schlammvulkan handelt.
22
Vor etwa 100 _ 120 Millionen Jahren entstand im Pazifischen Ozean ein Archipel
vulkanischer Inseln von der Ausdehnung Australiens, dessen enorme vulkanische Aktivität
mit Sicherheit das Erdklima erheblich beeinflusst hat.
Die Inseln standen auf einem vulkanisch gebildeten Sockel, der anschließend in einzelne
ozeanische Plateaus, wie das Manihiki-Plateau, zerbrach. Auf diesem wurde 1990 mit
der SONNE ein einzigartig gut erhaltener Vulkan aus dieser Zeit vermessen und beprobt.
Die Forscher auf SONNE gaben ihm den Namen Mt. Eddie.
Er ragte einst ca. 2000 m über den Meeresspiegel, bevor er auf seine heutige Tiefe von
1320 m unter dem Meeresspiegel langsam absank.
Auch heute noch sind auf ihm viele sogenannte Parasitenvulkane sehr gut zu erkennen.
Sie lassen auf ein komplexes System von Kanälen der Lavaförderung schließen.
Detaillierte Untersuchungen haben präzise Daten für die Rekonstruktion der
Entstehungsgeschichte des Vulkans und seiner Rolle für die Bildung einer 200 m dicken
und über mehr als 5000 km 2 (vgl. Saarland ca. 2800 km2) verbreiteten
vulkanischen Aschenlage geliefert. Auch seine Absenkungsgeschichte konnte rekonstruiert
werden. Wegen seiner Oberflächenform wurde zunächst vermutet, dass es sich um einen
aktiven, von Methangasförderung angetriebenen Schlammvulkan handelt.
Es wurde durch die Arbeit mit der SONNE klar, dass es sich bei Mt. Eddie um einen
erloschenen Vulkan handelt, der einmal Lava und Asche gefördert hat.
Die Hoffnung der Regierung der Cook-Inseln auf ein eigenes ausbeutbares
Erdgasvorkommen wurde damit leider enttäuscht.
OFFENE FRAGEN
Da die Rolle des Vulkanismus für die Klimaentwicklung der Erde immer
deutlicher wird, soll mit geophysikalischen Untersuchungen die interne Struktur der
Plateaus dreidimensional bis an ihre Basis in 15 bis 30 km Tiefe unter dem
Meeresboden erfaßt werden. Damit können Aussagen zur Gesamtmenge
des geförderten vulkanischen Materials gemacht werden und möglicherweise auch
zum Kohlendioxidausstoß während der vulkanischen Tätigkeit.
Den Plateaus im Pazifischen Ozean kommt dabei eine besondere Bedeutung zu,
weil sie mit der Ausbildung eines vulkanischen Archipels von der Ausdehnung
Australiens verbunden waren. Mit einer detaillierten Beprobung der
vulkanischen Gesteine und ihrer chemischen Untersuchung sowie mit
Altersbestimmungen könnten die Entstehung von Plateaus und die sie steuernden
Prozesse in der Asthenosphäre rekonstruiert werden.
Dabei ist wichtig zu erfahren, wie sich der Übergang in die submarine
Plateauphase abgespielt hat und welche Rolle dabei die hydrothermale Zirkulation
und Vererzung gespielt hat. Wegen des Einsatzes sehr schwerer Mess- und
Probenahmegeräte und der erforderlichen exakten Positionierung kommt für die
Arbeiten nur ein Forschungsschiff vom Typ SONNE infrage.
23
SUBDUKTIONSZONEN
STAND DER WISSENSCHAFT
Die äußere Schale der Erde (Lithosphäre), bestehend aus Kontinenten
und Ozeanböden ist nicht starr, sondern bewegt sich mit unterschiedlicher
Geschwindigkeit in einem komplexen Muster über dem Erdmantel.
Die Ozeanböden werden an den mittelozeanischen Rücken ständig durch
den Aufstieg von Magma neu gebildet. Im gleichen Maße wie diese
Neubildung (20 km3 pro Jahr) verschwinden alte Ozeanböden unter den
wandernden Kontinentblöcken in der zähplastischen Asthenosphäre (siehe Abb. 3).
Diese Verschluckungs- oder Subduktionszonen, die vor allem an den
Rändern des Pazifiks auftreten, werden durch Tiefseegräben angezeigt.
Reibung zwischen der abtauchenden und der sich über sie schiebenden Platte
erzeugt Erdbeben entlang einer breiten Zone, die dem schrägen Abtauchen folgt.
Ab einer Tiefe von etwa 60 km werden große Teile der abtauchende Platte
aufgeschmolzen, bis schließlich in etwa 600 km die Platte von der Asthenosphäre
nahezu komplett konsumiert ist. Vor allem Meerwasser, das in Poren der
verschluckten Gesteine in die Zone des Aufschmelzens gelangt, ist am
Schmelzprozess beteiligt. Leichte Anteile der Schmelzen steigen auf und
durchschmelzen die überlagernde Lithosphäre, um schließlich Vulkanketten
parallel zu den Tiefseegräben zu bilden. Besonders leichte Komponenten
wie Wasserdampf und Kohlendioxid gelangen auch in die Atmosphäre.
Die vulkanischen Gesteine der oft als Inselbögen ausgebildeten Vulkanketten
mit ihren bedeutenden Metalllagerstätten tragen chemische Signaturen der
aufgeschmolzenen ozeanischen Lithosphäre.
Die geologischen Prozesse, die an den Verschluckungszonen ablaufen,
sind im Detail außerordentlich kompliziert. So wird z.B. nur dasjenige
Material in die Asthenosphäre hineingeführt, welches schwer genug ist und nicht
auf ihr "schwimmt". Noch wenig verfestigte leichte Sedimente werden daher
von der abtauchenden Lithosphäre abgehobelt und vor der oberen kontinentalen
Lithosphäre wie vom Schild einer Planierraupe zusammengeschoben.
Dabei werden ganze Sedimentstapel ineinander verschuppt oder gefaltet und
Akkretionskomplexe entstehen.
In einigen Fällen werden in diese Komplexe auch Lithosphärensplitter
(z.B. ozeanische Plateaus oder Inseln) hineingeschoben (Abb. 10).
Auf diese Weise sind im Laufe der Erdgeschichte Kontinente gewachsen.
24
Abb.10:
Reliefbild vom Kontinentalabhang vor Costa Rica. Das Relief wurde mit dem auf SONNE installierten,
flächenhaft vermessenden Echolot HYDROSWEEP aufgenommen. Der Tiefseegraben in der Bildmitte markiert
die Nahtstelle zwischen ozeanischer (links) und kontinentaler Lithosphäre (rechts). Die ozeanische Lithosphäre
ist geprägt durch viele Tiefseekuppen, die im Kontinentalabhang „Pflugspuren“ in Form von Erhebungen mit
scharfen Einbruchkanten zum Graben hin hinterlassen wenn sie subduziert werden. Möglicherweise löst die
Subduktion dieser Kuppen Erdbeben aus.
In anderen Fällen ist der Verschluckungsvorgang so stark, dass Teile der
unterfahrenen kontinentalen Lithosphäre mit in die Tiefe geschleppt werden ein Prozess, der tektonische Erosion genannt wird (Abb. 11).
Um die bei der Subduktion stattfindenden lateralen und vertikalen Bewegungen
in Gang zu halten, sind große Kräfte am Werk. Eine bedeutende Rolle spielen
auch Flüssigkeiten (Fluide) und in ihnen gelöste Gase, die in Poren der Lithosphäre
und den sie überlagernden Sedimenten enthalten sind. Aus ihnen werden sie beim
Erreichen der Subduktionszone teilweise ausgepresst. Die ausgepressen Fluide
wandern unter Druck in die Gleitzonen der verschuppten Sedimentpakete in den
Akkretionskomplexen und werden sozusagen zu deren Schmiermittel.
Ein Teil der Fluide fließt am Meeresboden aus und ermöglicht dort ein Leben, das
wie bei den heißen Quellen der Tiefsee vom Sonnenlicht unabhängig ist
(siehe Abb. 7b). Es wird vermutet, dass 2 _ 3 km3 Fluide pro Jahr im Bereich der
25
Meeresspiegel
SE Pazifischer Ozean
Küstenabbruch
Peru-Chile Tiefseegraben
5km
10km
9 cm
Kr
Legende
Seewasser
Junge Sedimente
Ozeanische Kruste
Kontinentalkruste
Alte Sedimente
Verschuppungszone
us
ten
Südamerikanische
Platte
/a
-/M
an
te
l-G
re
nz
Zone der
Erdbeben
e
0
40km
Abb.11:
Schematischer Querschnitt durch die Verschluckungszone (Subduktionszone) im Norden von Chile. Das Bild stellt
eine Interpretation von Reflexionen von künstlichen Schallimpulsen dar, die von SONNE aus mit Druckluftkanonen
abgegeben und mit Unterwasser-Mikrofonen (Hydrofonen) aufgenommen wurden. Das Reflexionsbild zeigt an
gebogenen Brüchen stufenweise abgesackte Gesteinspakete, die darauf hindeuten, dass der Kontinent im
Untergrund „abgefräst“ und sein Material verschluckt wird. Dieser Prozess ist von Bedeutung für die Entstehung
von Erdbeben und die vulkanische Tätigkeit sowie für die Entstehung von Kupfer- Lagerstätten in den Anden.
Durch kombinierte Untersuchungen zu Land und zur See wurden die Auswirkungen der
Subduktion (Verschluckung) ozeanischer Lithosphäre unter den pazifischen
Kontinentalrändern Süd- und Mittelamerikas untersucht. Die Vermessung der
Untergrundstrukturen und des Reliefs des Meeresbodens vor Chile mit SONNE hat ergeben,
dass der Kontinent durch die Subduktion einen Massenverlust erleidet, sozusagen
zusammen mit der ozeanischen Lithosphäre teilweise mitverschluckt wird. Die Bedeutung
dieses Prozesses für die Entstehung von Erdbeben und die vulkanische Tätigkeit und damit
verbundene Bildung von Kupfer-Lagerstätten in den Anden ist noch nicht geklärt.
Subduktionszonen ins Meer gelangen.
Hohe Methankonzentrationen sind in den Akkretionskomplexen weit verbreitet.
Das Methan entsteht durch bakteriellen Zersatz von organischen Substanzen
in den Sedimenten und wird unter hohen Drucken und bei niedrigen Temperaturen
als Methanhydrat in den Sedimenten festgefroren. Auch andere Erdgase können in
Gashydrate sind in jüngster Zeit als zukünftige Energiequelle aber auch als von der Erde
selbst erzeugtes Risiko stark ins Gespräch gekommen. Sie entstehen bei hohem Druck und
niedrger Temperatur (z.B. 30 bar und 0 °C) aus Wasser und Erdgas, zumeist Methan.
Die Gashydrate liegen dann in fester Form vor und zerfallen bei Erwärmung.
Bildungsbedingungen für Gashydrate bestehen an vielen Kontinentalrändern. Das Methan
wird in der Regel durch Erdwärme und bakteriellen Zersatz organischer Überreste von
Lebewesen gebildet, die mit anderen Komponenten Ablagerungen am Meeresboden
(Sedimente) bilden. Mit SONNE wurden 1994 in der Celebes-See am Kontinentalhang von
Sulawesi (Indonesien) Anzeichen für Gashydrate mit einer vermuteten Methanmenge von
6,6 x 1012 m3 (Welt-Erdgasverbrauch: ca. 2,3 x 1012 m3 pro Jahr) gefunden.
26
6
63
1
5HIOH[LRQV]HLWLQ6HNXQGHQ
0HHUHVERGHQ
%65
NP
Abb. 12
Mit SONNE wurde 1994 in der Celebes-See ein Gashydratvorkommen in einem Verschuppungs-Komplex einer
Subduktionszone entdeckt. Das Bild zeigt einen Schnitt durch den Meeresboden. Er wurde aus Reflexionen von
künstlichen Schallwellen hergestellt, die von SONNE ausgesandt und aufgezeichnet wurden. Die Unterseite der
Gashydrate ist durch einen mehrere hundert Meter unter dem Meeresboden liegenden Reflektor markiert, der
parallel zum Meeresboden verläuft und deshalb bodensimulierender Reflektor (BSR) genannt wird.
Der wirtschaftliche Wert der Gashydratvorkommen ist angesichts ungenügender
Kenntnisse über die Art ihres Vorkommens und wegen Unsicherheiten
in Bezug auf die Gewinnungstechnik noch nicht exakt abschätzbar. Dennoch
haben die Gashydrate industrielles Interesse geweckt.
Wenn es zu einer Erhöhung der Wassertemperaturen in
der Tiefsee um wenige Grad Celsius infolge eines
Klimawechsels käme, würden sich die Gashydrate im
Meeresboden zersetzen und ihn destabilisieren.
Es könnte dann an Kontinentalhängen zu gewaltigen
Rutschungen kommen mit katastrophalen Flutwellen
(Tsunamis) im Gefolge. Insofern bergen die Gashydrate
ein natürliches Gefährdungspotential.
Abb. 13:
Brennendes Eis: Unter geeigneten Druck- und Temperaturbedingungen können Gase mit Wasser sogenannte Gashydrate bilden. Bei
einer Temperatur z.B. von 0° C und 30 bar sind sie stabil, d.h. sie können
in größeren Wassertiefen in Sedimenten auftreten, die im Kontakt
mit dem in allen Ozeanbecken zu beobachtenden eiskalten Tiefenwasser
stehen und in denen Erdgas auftritt. Mit SONNE wurden Gashydrate
vor der Westküste Nordamerikas geborgen. Bevor sie zerfielen, lagen sie
als weiße Brocken im Tiefseeschlamm vor und ließen sich anzünden.
27
Katastrophale Erdbeben, gewaltige Vulkanausbrüche und verheerende Flutwellen
(Tsunamis) konzentrieren sich an Subduktionszonen, wo die ozeanische unter die kontinentale Lithosphäre abtaucht. Der Zusammenhang zwischen Verschluckung (Subduktion) und
Katastrophe liegt nah. Aber nur die genaue Kenntnis des geologischen Aufbaus dieser
Gebiete ermöglicht ein Verständnis der Zusammenhänge. Daraus lassen sich Risiken besser
abschätzen und Maßnahmen zur Minimierung der Auswirkungen von Katastrophen entwickeln. Mit SONNE wurde der geologische Aufbau des Kontinentalrands von Mittelamerika
im Pazifischen Ozean untersucht. Mit Hilfe des auf SONNE installierten Fächerecholots
HYDROSWEEP, einem Produkt deutscher Meerestechnik, wurde ein Großteil des
Kontinentalrandes von Costa Rica vermessen und dabei aus der Form des Meeresbodens die
Auswirkungen geodynamischer Prozesse abgeleitet. Tiefseekuppen, die mit der ozeanischen
Lithosphäre in die Subduktionszone hineintransportiert wurden, haben im Kontinentalabhang
Spuren hinterlassen, die darauf hindeuten, dass die Subduktion der Kuppen mit der
Auslösung von Erdbeben zusammenhängt.
Die Gashydrate, die zu über 90 % aus Methanhydrat bestehen, repräsentieren
ca. 10 000 Gigatonnen des weltweit vorhandenen Kohlenstoffs, doppelt soviel wie
in allen fossilen Brennstoffen zusammen. Den Gashydraten könnte deshalb in der
zukünftigen Energieversorgung eine bedeutende Rolle zukommen.
Die Rolle der Gashydrate als Klimafaktor wird ebenfalls intensiv diskutiert,
insbesondere deshalb, weil aus ihnen das Treibhausgas Methan freigesetzt wird,
sobald ihre Umgebung erwärmt wird.
Sie werden außerdem auch deshalb als Risikofaktor angesehen, weil sie direkt unter
dem Meeresboden liegen und bei Erwärmung den Meeresbodens destabilisieren,
können, was wiederum zu untermeerischen Rutschungen von Sedimentmassen mit
katastrophaler Flutwellenbildung (Tsunamis) führen kann.
OFFENE FRAGEN
Über 90 % der Spannungen, die zu Erdbeben führen, werden in wasserbedeckter
Lithosphäre aufgebaut, woran wiederum die Subduktionszonen den größten Anteil
haben. Allerdings ist nur ein geringer Teil dieser Zonen mit ihrer Gesamtlänge von
44 000 km untersucht worden. Angesichts der Gefährdungen, die von ihnen ausgehen, ihrer Rolle in der globalen Massenbilanz, z.B. für Kohlenstoff, und wegen
ihres Rohstoffpotentials müssen Subduktionszonen besser untersucht werden.
Zur Klärung der komplexen Zusammenhänge zwischen Erdbeben, dem internen
Aufbau, der mechanischen Spannungsverteilung, den thermischen Verhältnissen
und den Materialflüssen von Subduktionszonen müssen die Untersuchungen von
See aus durchgeführt werden, da ein Großteil des Spannungsaufbaus, der Erdbeben
und Materialflüsse im Meeresuntergrund abläuft:
28
Vordringliche Aufgaben zur Klärung dieser Zusammenhänge sind:
● Vermessung der Subduktionszonen mit geophysikalischen Verfahren
(2D-, 3D-Reflexionsseismik, Refraktionsseismik, Schwerefeld-, Magnetfeldund Wärmestrommessungen) zur Ermittlung ihres Aufbaus und ihrer
Materialeigenschaften
● Untersuchung der Massenbilanzen der Subduktionszonen, um Wachstum
und Erosion von Kontinenten zu quantifizieren
● Erfassung der lokalen Erdbebentätigkeit und Abschätzung des
Gefährdungspotentials von Subduktionszonen
● Einsatz von geodätischen Präzisionsmessverfahren zur Ermittlung der absoluten
Bewegungen der Lithosphäre an Subduktionszonen
● Quantifizierung der Fluidkreisläufe durch Messungen an Fluidaustritten
und von volatilen Komponenten sowie des Eintrags von fluiden Phasen
in die Subduktionszone
● Einschätzung des Rohstoffpotentials der Gashydrate
● Erkundung des Erdöl- und Erdgaspotentials unter und über Splittern
ozeanischer Lithosphäre in Akkretionskomplexen sowie anderen Bereichen
der Kontinentalhänge
Der größte Teil dieser Untersuchungen muss mit Hilfe großer und moderner
Forschungsschiffe, zu denen die SONNE zählt, erfolgen. Zum Teil erfordert die
letzte Beweisführung Tiefseebohrungen, wie sie das ODP durchführt.
Zur genauen Vermessung der Bohrlokationen werden ebenfalls konventionelle Forschungsschiffe vom
Typ SONNE benötigt. Besonders die dynamische Positionierung, wie auf der SONNE
vorhanden, liefert die notwendige Präzision der Vermessung
und Probenahme in den komplizierten Strukturen der Subduktionszonen.
29
SONNE BEISPIEL FÜR EIN HOCHLEISTUNGSFORSCHUNGSSCHIFF
Von allen deutschen Forschungsschiffen ist SONNE am besten für die vielfältigen
Aufgaben der marinen Geowissenschaften, aber auch sehr gut für andere
Disziplinen ausgerüstet. Das 100 m lange Schiff bietet bedingt durch seinen großen
Tiefgang von 6 m auch bei hohem Seegang eine sichere stabile Forschungsplattform
für 25 Wissenschaftler und Techniker, die an Bord vielfältige Arbeitsmöglichkeiten in
neun Speziallaboren finden. Für die Ozeanographen liegt das Labor für die
Wasserproben und die Überwachung der Sonden direkt neben dem Einsatzort der
Geräte an der schnellen Hydrographenwinde. Ebenfalls vom Arbeitsdeck aus können
die Luftpulser für die seismische Vermessungen angeschlossen werden, die aus dem
unter Deck liegenden Kompressorraum mit großen Mengen Druckluft versorgt werden. Die breite Ausbringstelle am Achtersteven ist optimal zum Aus- und Einholen
der mehrere km-langen Hydrofonketten geeignet. Auch bis zu 10 t schwere
Beobachtungsstationen, bemannte und unbemannte Tauchboote können vom
schwenkbaren A-Kran über dieses Tor
zu Wasser gelassen und wieder
geborgen werden. Über denselben
A-Kran werden tiefgeschleppte Sonden,
bodenberührende Dredschen und
Punktsonden abgesetzt. Zur Entnahme
von bis zu 25 m langen Bohrkernen
aus weichen Meeresbodenschlicken
werden Kolbenlotgeräte mit einem
speziellen Absatzgestell ausgesetzt und
eingeholt.
Abb. 14:
Ein mit Temperaturfühlern besetztes Rohr zum Ausstechen von Sediment, ein sogenanntes Schwerelot, wird
von SONNE aus eingesetzt. Die Temperaturfühler, die als Ausleger am Rohr sichtbar sind, zeigen feinste
Temperaturunterschiede an und erlauben es, den Wärmestrom aus dem Erdinnern zum Meeresboden zu
messen. Aus dem Muster der Temperaturverteilung lassen sich Rückschlüsse auf den Massen- und
Energietransport im Innern der Erde ziehen.
Geologen und Geochemiker bearbeiten diese Bohrkerne in einem langgestreckten
Labor, wo die Bohrkerne in 5 m langen Abschnitten vermessen und beschrieben
werden können. Die weitere Analyse der Proben erfolgt in der Regel in den Laboren
unter Deck, wo auch das gewonnene Kernmaterial mit einer Gesamtlänge von
500 m in einem Kühlraum optimal bis zur Verladung im Endhafen gelagert werden
kann. Die Unterwasserorientierung des Schiffes wird ebenfalls unter Deck gesteuert.
Mit dem KRUPP-ATLAS-Fächerecholot-HYDROSWEEP wird der Meeresboden zu
beiden Seiten des Schiffsweges im Detail erfaßt und sofort in Tiefenlinienkarten
ausgedruckt.
30
Ein ebenfalls von KRUPP-ATLAS gebautes PARASOUND-Echolot zeichnet die
interne Struktur der obersten Ablagerungen am Meeresboden auf. Beide Spitzenprodukte der deutschen Meerestechnik sind unentbehrlich für jede Untersuchung
des Untergrundes der Meere. In der Nähe des Akustiklabors liegt der zentrale
Rechnerraum, wo alle Daten von den Navigationsanlagen und den Echoloten
zusammenfließen, gespeichert, bearbeitet und in Fahrtroutenkarten, bathymetrischen
Karten und Profilen dargestellt werden. Noch tiefer im Schiffsbauch, aufgesetzt auf
dem Schiffsboden, steht die große Windenanlage, bestückt mit verschiedenen, bis zu
8 km langen Drähten und Kabeln. An dem neuesten Kabel, einem Lichtwellenleiterkabel mit Stromversorgung bis zu 1000 Volt, kann z.B. der SONNE-eigene
Tiefseegeräteträger schwebend über dem Meeresboden zur Kartierung von
submarinen Quellen, von Bewegungsspuren der Erdkruste und zur Beobachtung
der Tiefseefauna eingesetzt werden.
Kommandozentrale des Schiffes für die nautische Besatzung, aber auch für die
Wissenschaftler ist die Brücke. Hier fließen die Informationen über den Meeresboden
zusammen mit der hochgenauen, auf Satelliten gestützten Ortsbestimmung
des Schiffes. Notwendige Schiffsmanöver zur Vermessung, Aussetzen und Bergen
werden von hier aus gefahren und überwacht. Die unter deutschen
Forschungsschiffen einmalige Fähigkeit von SONNE, über einem bestimmten Punkt
unabhängig von Wind, Wellen und Strömungen bis auf wenige Meter genau mit
einer sogenannten dynamischen Positionierung stehen zu bleiben, ist für ein
punktgenaues Arbeiten am Meeresboden von immer größer werdender Bedeutung.
Dieses komplizierte Forschungsinventar im Zusammenspiel der Schiffstechnik kann
nur mit der bestens ausgebildeten und hoch motivierten 25-köpfigen seemännischen
Besatzung im Dauerbetrieb, das heißt Tag und Nacht über Wochenenden und
Feiertage hinweg, betrieben werden. Besonders der wissenschaftlich-technische
Dienst ist unentbehrlich für die Wartung, Reparatur und Bedienung der vielen bordeigenen wissenschaftlichen Systeme. Aber auch die übrige nautische und technische
Mannschaft trägt wesentlich zum jahrelangen erfolgreichen weltweiten Einsatz
des Schiffes bei, ist doch SONNE nicht nur eine Forschungsplattform (die wissenschaftliche Heimat) sondern zugleich auch Hotel (Herberge, Restaurant) und
Transportmittel für eine ständig wechselnde Gruppe von deutschen Meeresforschern
und ihren internationalen Partnern.
31
SCHLUSSFOLGERUNGEN
In vorliegender Broschüre werden offene Fragen zu den Themen „Dynamik der
Umwelt“ und „Dynamik des Erdinneren“ dargestellt, die mit einem Forschungsschiff
vom Typ SONNE erfolgreich bearbeitet werden könnten.
Die Beantwortung dieser Fragen dient der Verbesserung des Umwelt- und Rohstoffmanagements für die Meere und angrenzenden Küsten. Dies ist sowohl von globaler
als auch nationaler Bedeutung, weil sich Fehlmanagement gerade im marinen
Bereich nicht lokal oder regional begrenzen läßt, sondern in der Regel negative
Auswirkungen auch über größere Entfernungen hat.
Ein bekanntes Beispiel für Fernwirkung ist die toxische Belastung vieler Flüsse, die
zwar sehr lokal ins Meer entlassen wird, sich aber anschließend mehr oder weniger
schnell weltweit verbreiten und zu negativen Folgen für die gesamte Meeresumwelt
führt.
Ein anderes Beispiel mit negativer Fernwirkung sind Naturkatastrophen. Sie haben
ihre Ursachen überdurchschnittlich häufig im marinen Bereich. Die Auswirkungen
solcher Katastrophen, z.B. infolge von Erdbeben und Tsunamis, können negative
Auswirkungen auf die Weltwirtschaft haben, besonders wenn sie in dichtbesiedelten
und hochindustrialisierten Gebieten aufttreten.
Eine Kultur- und Industrienation wie Deutschland ist angesichts der Größe und
Bedeutung der Meeresräume aufgefordert, Maßnahmen zu ihrem Schutz und ihrer
umweltschonenden Nutzung mitzugestalten. Dies kann aber nur auf der Basis
eines fundierten Wissens über die Dynamik von Umwelt und Erdinnerem erfolgen.
Um dieses zu erlangen, ist eine entsprechende Forschung notwendig.
Achtzehn deutsche Forschergruppen wollen auch in Zukunft ein Forschungsschiff vom
Typ SONNE nutzen (Tab.1). Die Notwendigkeit, Anschluss an den internationalen
Forschungsfortschritt zu halten, erfordert kontinuierliche Verfügbarkeit des Schiffes.
Insbesondere die wissenschaftlich-technische Ausrüstung einschließlich der dynamischen
Positionierung sowie die hochmotivierte nautische und technische Besatzung ist für die
Wissenschaftler von allergrößtem Wert. Auch unter dem Aspekt der Sicherung von Arbeitsplätzen in Deutschland ist dieser Ansatz zu sehen. Die Forschergruppen haben zu den Leitthemen „Dynamik der Umwelt“ und „Dynamik des Erdinneren“ 14 Projektthemen definiert
(Tab. 2). Dabei wurde großer Wert darauf gelegt, dass in den resultierenden Forschungsvorhaben beide Leitthemen verknüpft werden und der großen Variabilität der geologischen Verhältnisse und der marinen Umwelt entsprochen wird. Dies hat eine Vielzahl von
Zielregionen und daraus abgeleitet 40 bis 50 mögliche Einzelvorhaben zur Folge.
32
Dass dabei Pazifischer und Indischer Ozean bei den Zielgebieten dominieren, liegt
daran, dass sie die geologisch aktivsten Gebiete sind und das größte
Rohstoffpotential besitzen.
Erfahrungsgemäß erfordert die Bearbeitung eines Projekts 3 bis 4 Monate Schiffszeit.
Aus dem vorliegenden Projektkatalog läßt sich daher ein Bedarf für 12 Jahre
Einsatzzeit eines Forschungsschiffs vom Typ SONNE ableiten. Es liegt auf der Hand,
dass über einen derart langen Zeitraum die Ziele dieses Forschungsprogramms an
den Erkenntnisfortschritt angepasst werden müssen.
Zur Zeit genießen die deutschen Meereswissenschaften international hohes Ansehen.
Auch in Zukunft muß auf internationale Arbeitsteilung gesetzt werden, die aber
nur dann funktioniert, wenn die deutsche Seite als gleichwertiger Partner auftritt.
Forschungsziele und internationale Partnerschaften können allerdings nur
dann erreicht werden, wenn die aus den Themen sich ergebenden Projekte
angemessen unterstützt werden. Der innovative Ansatz der hier vorgestellten
Projekte sollte darüberhinaus die deutsche Industrie stimulieren, neue
Forschungsgeräte zu entwickeln.
33
GLOSSAR
Asthenosphäre: "Fließzone", die unter der etwa 70 bis 100 km dicken, starren ->
Lithosphäre liegt.
Erdkruste: Feste Erdschale über der -> Mohorovicic-Fläche. Ozeanische Erdkruste
wird an mittelozeanischen Rücken durch aufsteigende und am Meeresboden
ausfließende Gesteinsschmelzen gebildet (-> Magma, -> Lava). Kontinentale Erdkruste
entsteht u.a. an vulkanischen Inselbögen und wächst durch "Andocken" von
Lithosphärenfragmenten (-> Lithosphäre) und Zusammenschieben von Sedimenten
beim Abtauchen von Lithosphäre in den -> Erdmantel.
Erdmantel: Die ca. 2900 km dicke Silikatschale der Erde, die den metallischen
Erdkern umschließt. Der Mantel entwickelt beträchliche Hitze durch den Zerfall
radioaktiver Isotope. In den oberen 700 km seines plastischen Gesteins hält die Hitze
gewaltige Konvektionsströme in Bewegung.
Hominiden: Familie der Menschenartigen
Hydrofone: Wasserdichte Schallaufnehmer
hydrothermal: Vorgänge innerhalb von Sedimenten und Gesteinen in denen 30
bis 400 °C heiße gas- und salzhaltige wässrige Lösungen eine Hauptrolle spielen.
Die Lösungen können durch von außen in heißes Gestein eingedrungenes Wasser
(z.B. Meerwasser) entstanden sein.
IODP: Geplantes internationales Tiefseebohrprogramm; soll 2003 beginnen und mit
zwei oder mehreren Bohrschiffen operieren (Integrated Ocean Drilling Program).
Eines der Bohrschiffe wird in der Lage sein, in jene großen Tiefen des Meeresbodens
hineinzubohren, in denen Erdbeben ausgelöst werden.
Lava: Bei Vulkanausbrüchen mit Temperaturen von 1000 bis 1300 °C an der
Erdoberfläche austretende Gesteinsschmelze (-> Magma). Sie erstarrt schnell zu
Gestein.
Lithosphäre: Etwa 100 km dicke aus Gestein bestehende äußere Schale der Erde;
setzt sich aus Erdkruste und Teilen des oberen -> Erdmantels zusammen. Es wird je
nach Bildungsort zwischen kontinentaler und ozeanischer Lithosphäre unterschieden.
Magma: Eine bei hohen Drucken und Temperaturen im Erdinnern gebildete
Gesteinsschmelze.
34
Meeresbodenspreizung: Neubildung von Meeresboden durch Aufreißen und
Zergleiten der ozeanischen -> Lithosphäre und Füllung der dabei entstehenden
Spalten mit Gesteinsschmelzen sowie Ausfließen derselben am Meeresboden
(-> Magma, -> Lava). Hauptorte der Meeresbodenspreizung sind die 65 000 km
langen mittelozeanischen Rücken.
Melange: Chaotische Zusammensetzung von Gesteinen und Sedimenten
verschiedener Herkunft infolge tektonischer Vorgänge (-> Tektonik).
Mohorovicic-Fläche: Eine Unstetigkeitsfläche an der Grenze Erdkruste/Erdmantel in
25 _ 70 km Tiefe unter den Kontinenten und meist weniger als 10 km Tiefe unter
den Ozeanböden. Die Fläche markiert eine sprunghafte Erhöhung der
Geschwindigkeit von Erdbebenwellen von etwa 7 auf 8,1_ 8,3 km/s.
ODP: Ocean Drilling Program; internationales Programm zur Erforschung der
Ozeanböden mittels Tiefseebohrungen durch das Bohrschiff JOIDES RESOLUTION.
Die Mitgliedschaft Deutschlands in diesem Programm wird durch Deutsche
Forschungsgemeinschaft und Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert.
Sediment: Ablagerungen von Partikeln; auf dem Meeresboden: abgelagerte
Reste der marinen Lebewelt (organische Bestandteile, Schalen, Skelette) und Partikel,
die von den Kontinenten durch Flüsse und über die Atmosphäre (Wind) ins Meer
gelangt sind.
Seismogene Zone: Zone in der Erdbeben entstehen.
Silikate: Die wichtigsten gesteinsbildenden Minerale, deren Hauptelement das
Silizium ist.
Subduktionszonen: Zonen in denen -> Lithosphäre schräg abwärts in den
plastischen -> Erdmantel gezogen wird (auch Verschluckung genannt).
Der Ausgleich für den dabei entstehenden Raumgewinn wird durch
-> Meeresbodenspreizung geschaffen. Die S. werden durch Tiefseegräben und
vulkanische Gebirgsketten und Inselbögen markiert.
Tektonik: Lehre vom Bau der Erdkruste, den Bewegungsabläufen und den diese
verursachenden Kräften.
35
Quellennachweis für die Abbildungen
Abb. 1:
ODP Longe Range Plan
Abb. 2:
Geologisch-Paläontologisches Institut der Universität Kiel
Abb. 3:
BGR Hannover
Abb. 4:
GEOMAR Forschungszentrum für Marine Geowissenschaften Kiel
Abb. 5:
ODP Longe Range Plan
Abb. 6:
Fachbereich Geowissenschaften
Fachrichtung Rohstoff- und Umweltgeologie, FU Berlin
Abb. 7 a:
BGR Hannover
Abb. 7 b:
Forschungsinstitut Senckenberg Frankfurt
Abb. 7 c:
Forschungsinstitut Senckenberg Frankfurt
Abb. 8:
Fachbereich Geowissenschaften
Fachrichtung Rohstoff- und Umweltgeologie, FU Berlin
Abb. 9:
BGR Hannover
Abb.10:
GEOMAR Forschungszentrum für marine Geowissenschaften Kiel
Abb. 11:
BGR Hannover
Abb. 12:
BGR Hannover
Abb. 13:
GEOMAR Forschungszentrum für marine Geowissenschaften Kiel
Abb. 14:
BGR Hannover
36
Tabelle1 Potentielle Nutzer eines Forschungsschiffs vom Typ SONNE
Institution
Spezielles
Forschungsgebiet
Geographische
Zielgebiete
AWI
(Stiftung Alfred-Wegener-Institut
für Polar- und Meeresforschung),
Bremerhaven
Geophysik, Sedimentologie,
Paläoklimatologie,
Ö
kosystemforschung
Ozeanographie
Südostatlantik, westlicher Indik,
Kontinentalrand von Peru
BGR
(Bundesanstalt für
Geowissenschaften und
Rohstoffe), Hannover
Geophysik,
Desasterforschung,
Sedimentologie,
Paläoklimatologie,
Klimaforschung, Geochemie,
Lagerstättenkunde
Kontinentalränder von
Mittelamerika (Costa Rica, Peru,
Chile), Kontinentalränder von
Pakistan und Indonesien,
Golf von Bengalen,
Zentraler Indischer Ozean,
Kontinentalränder von Namibia
und Argentinien (Atlantik),
östlicher Mittelmeerraum,
Westlicher Indik (Somali Becken)
FU Berlin:
FR Rohstoff
und Umweltgeologie
Geochemie, Petrologie,
Lagerstättenkunde
Kontinentalrand von
Südamerika (Peru), Atlantik,
Zirkumpazifische
Inselbögen (Kurilen, Japan,
Philippinen, Okinawa,
Indonesien-Bandasee, Zentraler
und Südwestlicher Indischer
Ozean, Fidschi)
GEOMAR
(Forschungszentrum für
marine Geowissenschaften),
Kiel
Geophysik,
Desasterforschung,
Bathymetrie,Geochemie,
Petrologie,
Paläoklimatologie,
Klimaforschung,
Biogeochemie
Kontinentalrand von Nord-,
Mittel- und Südamerika (Alaska,
nördliche USA, Nicaragua,
Costa Rica, Panama, Peru,
Chile), Kontinentalränder von
Pakistan und Indonesien,
Zentraler Indischer Ozean,
Hot Spot von Hawaii,
Südliche Teile des Indischen
und Pazifischen Ozeans
Institut für Meereskunde,
Kiel
Ozeanographie,
Wasserchemie
Tropischer Zentralatlantik
Max-Planck Institut für
Mikrobiologie, Bremen
Mikrobiologie, Ö
kosystemforschung, Biogeochemie
Kontinentalrand von Südamerika
(Peru)
Senckenbergische Naturforschende
Gesellschaft, Frankfurt
Biologie, Ö
kosystemforschung, Biogeochemie
Südwest- und Zentralpazifik
37
Univerität Bremen
FB Geowissenschaften
Geophysik, Geochemie,
Sedimentologie, Paläoklima,
Petrologie, Geologie
Kontinentalränder Amerika (USA,
Peru, Chile), Riftzonen der
Ozeane
Universität Greifswald
Geowissenschaften
Sedimentologie, Paläontologie
Kontinentalrand von Mitteamerika
(Costa Rica, Nicaragua)
Universität Hamburg
ZMK, Institut für Biogeochemie
und Meereschemie,
Zoologischs Institut ZMK,
Institut für Geophysik,
Geologisch-Paläontologisches
Institut und Museum
Sedimentologie, Geochemie,
Klimaforschung, Paläontologie,
Paläoozeanographie,
Ö
kosystemforschung,
Geochemie, Biogeochemie
Südchinesisches Meer,
Kontinentalrand von Südamerika
(Peru), östliches Mittelmeer, Indik,
Ostpazifik, Golf von Bengalen;
Rotes Meer
Universität Heidelberg
Institut für Umweltphysik
Isotoptengeochemie
Meeresböden generell
Universität Kiel
Geologisch-Paläontologisches
Institut und Museum
Geochemie, Petrologie,
Lagerstättenbildung,
Mikropaläontologie, Paläoklimaforschung, Klimaforschung,
Ö
kosystemforschung
Rotes Meer, Hot Spots,
Ozeanische Rücken,
Zirkumpazifische Inselbögen
(Aleuten, Kurilen, Japan,
Philippinen, Papua-Neuguinea,
Fidschi, Neuseeland)
Universität Mainz
Institut für Geowissenschaften
Paläoklimaforschung
Peru
Universität Oldenburg
Institut für Chemie und
Biologie des Meeres
Biogeochemie
Zirkumpazifische Inselbögen
(Aleuten, Kurilen, Japan,
Philippinen, Papua-Neuginea,
Fidschi, Neuseeland)
Universität Rostock
Institut für Nachrichtentechnik
und Informationselektronik
Echolotungen
Meeresböden generell
Universität Regensburg
Lehrstuhl für Mikrobiologie
Mikrobiologie, Biogeochemie
Zirkumpazifische Inselbögen,
(Aleuten, Kurilen, Japan,
Philippinen, Papua-Neuguinea,
Fidschi, Neuseeland)
TU Freiberg
Institut für Mineralogie,
Geologie und Lagerstättenkunde
Petrologie, Lagerstättenkunde,
Geochemie, Biogeochemie
Zirkumpazifische Inselbögen,
(Aleuten, Kurilen, Japan,
Philippinen, Papua-Neuguinea,
Fidschi, Neuseeland)
Zentrum für marine
Tropen-Ö
kologie
Biogeochemie,
Ö
kosystemforschung
Südchinesisches Meer,
Indonesien, Brasilien
38
Tabelle 2 Projektthemen für Arbeiten mit einem
Forschungsschiff vom Typ SONNE
Projektthema
Dynamik der Umwelt
Dynamik des
Erdinnern
Zielregion
Meeresspiegelschwankungen im
Vergleich zur
Dynamik der
Strömungs- und
Wassermassensysteme sowie zur
Lithoshären- und
Asthenosphärendynamik
Erfassung regionaler
Meersespiegeländerungen
zur Verfeinerung von
Vorhersagemodellen,
Auswirkung der
Meeresspiegeländerungen auf
die Entwicklung von
Sedimentationsräumen und
ihrer Rohstoffpotentiale
Lithoshären- und
Asthenosphärendynamik, Wechselwirkung
zwischen Ozean und
Lithosphäre
Westlicher Pazifischer
Ozean bis westlicher
Indischer Ozean
Sedimentfächer als
Klimaarchiv und
Senke für Kohlenstoff
Sedimentfächer als
Akkumulationszentren für
Sedimentkomponenten
und als Archive für die
Klimaentwicklung
Dynamik der kontinentalen Lithosphäre
(Gebirgsbildung)
im Spiegel der
Fächersedimentation
Indischer Ozean,
Atlantischer Ozean
Funktionsweise
und Ausmaß der
Ventilation der
Tiefen- und
Zwischenwasserbildung im nördlichen
Pazifischen Ozean
Pazifisches Tiefen- und
Zwischenwasser in der
Klimaentwicklung
Zeitliche Variationen
im Auftriebsgeschen,
El Niño- und
Monsunereignisse;
Überlieferung
kurzfristiger
Klimaschwankungen
über biogene,
fluviatile und äolische
Einträge
Intensität und räumliche
Änderungen des küstennahen
Kaltwasserauftriebs und ihre
Auswirkung auf den
Kohlenstoffhaushalt,
Dekadenrhythmik von
Auftriebsereignissen,
Einsetzen und Häufigkeit von
El Niño, Monsungeschichte,
Schaffung von
Modellparametern,
Rohstoffpotential
(z.B. Phosphorit),
Sedimentationsänderungen
und Veränderungen der Warmund Kaltwasser-Reservoire
Eventuelle
Zusammenhänge
zwischen El Niño und
seismischer Aktivität
bzw. Dynamik der
Lithosphäre
Kontinentalrand von
Peru, tropischer
westlicher Pazifischer
Ozean, Indischer
Ozean
Die ozeanische
biologische Pumpe
CO2-Entzug durch Plankton,
Freisetzung von CO2 durch
Oxidation organischer Überreste
der Lebewelt, Bildung
klimarelevanter Spurengase
Rolle des Ozeans als
CO2-Entsorger und
Effizienz der
biologischen Pumpe
Alle Ozeane
Nördlicher
Pazifischer Ozean
39
Biodiversität im
aquatischen Bereich
Dokumentation und Beprobung
der großen und vagilen faunen
an Hydrothermalsystemen,
Untersuchung der Infauna von
Sedimenten dieser Systeme
Entstehung von
ozeanischer Kruste,
Magmensysteme
unter einer
Spreizungsachse
Geogener Stoffeintrag in den
Ozean, extremophile Biosphäre,
biologische Rohstoffe
Transfer
AsthenosphäreLithosphäre,
Energiehaushalt der
Erde, Funktionieren
ozeanischer
Magmensysteme
Atlantischer Ozean,
Ostpazifischer Rücken;
Arktischer Ozean;
Indischer Ozean
Stoffaustausch in sehr
langsam entstandener Lithosphäre
Geogener Stoffeintrag in den
Ozean,extremophile Biosphäre,
biologische Rohstoffe
Hydrothermale
Zirkulation unter
lithosphärischen
Extrembedingungen,
Erzbildung, geothermisches Potential
Südwestindischer
Ozean
Diffuser Stoffeintrag
in Lithosphäre und
Ozean durch hydrothermale Zirkulation
Geogener Stoffeintrag in den
Ozean,extremophile Biosphäre,
biologische Rohstoffe
Vergleich hydrothermaler Zirkulation in
tief- und flachmarinen
Milieus, Erzbildung,
geothermisches
Potential,
kontinentale Analoga
Nord-Fidschi-Becken,
Karibisches Meer,
neuseeländischer
Kontinentalrand,
Bismarck-See
Stoffaustausch in
intrakontinentalen
Einbruchstrukturen
Geogener Stoffeintrag in den
Ozean, ozeanische Passagen
beim intraozeanischen Energieund Stofftransfer, sauerstoffarme
ozeanische Milieus, anoxische
Biosphäre
Hydrothermale
Zirkulation unter
Sedimentbedeckung,
Erzbildung,geothermisches Potential
Nord-Ägäis,
Marmara-Meer
Entwicklung
ozeanischer Plateaus
in Bezeihung zu
extremen Klimaten
Auswirkung von extrem starkem
Vulkanismus auf die Umwelt,
rolle der Plateaubildung in der
Meeresspiegelgeschichte,
Ursachen extremer Klimate,
Reaktion der Organismen auf
Extremsituationen
Ursachen der großen
Umwälzung im
Konvektionssystem der
Erde, Rheologische
Reaktion der
Lithosphäre bei der
Plateaubildung,
Hydrothermalismus
und Plateaubildung
Manihiki-Plateau
(Pazifischer Ozean)
40
Indischer und
Pazifischer Ozean
Massiver
Vulkanismus beim
Aufreißen von
Kontinenten
Auswirkung von massivem
Vulkanismus auf die
Umwelt, Ursachen extremer
Klimate, Reaktion der
Organismen auf
Extremsituationen
Ursachen für die
Ausbildung unterschiedlicher
Passiver
Kontinentalrandtyp
en nach dem
Aufbrechen von
Kontinenten;
Asthenosphärenkon
vektion und
Magmaaufstieg,
Erdöl- und
Erdgaspotentiale
Kontinentalränder
von Namibia und
Argentinien
Subduktionszonen
und Erdbeben
verursachende
Prozesse sowie
Rückkoppelungen
zwischen
Vulkanismus,
Seismizität und
Strukturbildung in
Subduktionszonen
Geogener Stoffeintrag in
den Ozean, extremophile
Organismen/Lebensgemeinschaften, vulkanogene,
seismogene, tsunamigene
Ereignisse in der
Erdgeschichte und ihre
Auswirkungen auf die
Umwelt und Biosphäre,
Gashydrate:
Rohstoffpotential, Georisiken
(Treibhausgase,
Hangrutschungen,
Tsunamis)
Erforschung des
strukturellen
Inventars von
Subduktionszonen,
Bilanzen von
Fluidein- und austrägen, sedimentäre
Massenbilanzen,
natur der tsunamigen Zone, Natur der
seismognen Zone,
Erzlagerstättenbildung in
Inselbögen,
Georisiken:
Erdbeben,
Tsunamis,
Meeresspiegelschwankungen
und Lithosphärenspannung
Pazifische
Kontinentalränder
von Mittelamerika
(Costa Rica,
Nicaragua),
Südamerika (Chile),
Kontinentalränder
der Celebes-See
(Sulawesi,
Mindanao,
Makassar-Straße),
Kontinentalränder
des Sunda-Bogens
im Indischen Ozean
(Java, Sumatra),
Kontinentalränder
von Oman und
Pakistan (Arabische
See), Ö
stliches
Mittelmeer (Region
Kreta)
Bildung
kontinentaler Kruste
und Lagerstättten an
Subduktionszonen
durch magmatische,
tektonische und
hydrothermale
Prozesse
Stoffeintrag in Ozean und
Atmoshäre,
Rohstoffpotentiale
Evolution der Erde,
Massenbilanzierung
von Material
zwischen Kruste
und Mantel sowie
Atmosphäre und
Hydrosphäre
Westlicher
Pazifischer Ozean
(Tonga-KermadecNeuseeland,
Marianen,
Izu-Bonin),
S-Sandwich Inseln,
Mttelamerika
41
Die Anregung zur Broschüre ging vom Forschungszentrum Jülich,
BEO Projektträger Biologie, Energie, Ö
kologie des Bundesministeriums
für Bildung und Forschung aus.
Redaktionskomitee:
Helmut Beiersdorf (Koordination und Text), Jörg Erzinger, Dieter Fütterer,
Peter Halbach, Karl Hinz, Hermann-Rudolf Kudraß, Dieter Meischner
Beiträge:
Ch. Dullo, D. Gajewski, P. Herzig, V. Ittekott, W. Kuhnt, N. Kukowski,
J. Makris, H. Miller, D. Nürnberg, O. Pfannkuche, C.-D. Reuther, H. Schleicher,
V. Spieß, B. Stoeckhert, P. Stoffers, E. Suess, J. Thiede, R. Tiedemann,
M. Tuerkay, G. Uenzelmann-Neben, M. Wiedicke-Hombach, M. Wiesner, R. Zahn
Technische Redaktion:
Th. Schubert, e-mail: [email protected]
unter Mitarbeit von
B. Meßner, Layout: K. Riquelme
Herausgeber:
Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe
Stilleweg 2, D-2000 Hannover
Telefon: (05 11) 6 43-0; Telefax: (05 11) 6 43-23 04
Webserver: www.bgr.de
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