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Name/Acronym: SO312, BRASS
Forschungsgebiet: New Zealand
Zeitraum: 04.05.-31.05.2025
Institution: 91̽»¨, FB4 GDY
Fahrtleitung: Christian Berndt

Auf der Ausfahrt SO312 BRASS, die im Mai 2025 vor der neuseeländischen Küste stattfindet, wird die Caldera des Unterwasservulkans BROTHERS untersucht.

Der Einsturz von Calderen ist ein Prozess, der die Struktur von Vulkanen massiv beeinflusst. Die durch den Einsturz geformten Strukturen spielen eine wichtige Rolle für hydrothermale Zirkulations- und Mineralisierungsprozesse. Der Einsturz einer Caldera und der damit einhergehende Vulkanismus bedeuten aber auch ein signifikantes Gefahrenpotential. Dreidimensionale (3D) Untersuchungen der internen Strukturen eines Vulkangebäudes und der Verteilung von Fluidpfaden sind notwendig, um den Einsturz von Calderen und hydrothermale Prozesse besser zu verstehen. Zurzeit existiert kein dreidimensionales Abbild einer Caldera – weder an Land noch auf See. Wir schlagen vor die Caldera des Brothers Vulkans mit 3D-Seismik abzubilden um drei Hypothesen zu testen: (1) Wird die Caldera durch schrittweise Subsidenz in Zusammenhang mit effusiven Eruptionen oder durch einen plötzlichen Einsturz nach einer explosiven Eruption geformt? (2) Wird der Einsturz der Caldera durch vorhandene strukturelle Schwächezonen maßgeblich kontrolliert? (3) Steht die hydrothermale Aktivität am Brothers Vulkan in direktem Zusammenhang mit dem Einsturz der Caldera? Auf SO312 wird ein 3D-seismisches Experiment durchgeführt, welches das Vulkangebäude des Brothers Vulkans mit einer Auflösung von 3x3x6m abbildet. Durch den zusätzlichen OBS-Datensatz wird ein tomographisches Modell der obersten 5km des Vulkans mit einer Auflösung von 100-200m ermöglicht. Gleichzeitig werden magnetische und gravimetrische Daten gesammelt. Die geophysikalischen Interpretationen werden durch videogesteuerte Gesteinsbeprobungen unterstützt und in bestehende und geplante geologische Arbeiten integriert, die auf neuen Bohrergebnissen der IODP Expedition 376 sowie existierenden AUV und ROV Beprobungen basieren. Die Studie wird einen beispiellosen Einblick in die geologischen Prozesse, die den Einsturz von Calderen kontrollieren, geben und zu einer besseren Bewertung der damit verbundenen Naturgefahren und Rohstoffvorkommen beitragen.

Um Informationen über die regionalen geologischen Gegebenheiten zu Beginn von SO312 zu erhalten, werden wir zuerst ein 2D-Seismik- und Bathymetrie-Survey durchführen. Die Ergebnisse der 2D-Seismik werden uns bei der Wahl des optimalen Layouts für die anschließenden Ozeanbodenseismometer (OBS) und P-Cable-Untersuchungen helfen. Die OBS werden Geschwindigkeitsinformationen für die Migration und Tiefenkonvertierung der seismischen 3D-Daten liefern. Nach Abschluss des OBS-Einsatzes werden wir einen seismischen 3D-Würfel mit einem Volumen von ca. 7 x 17 km aufnehmen, um die komplexen dreidimensionalen Strukturen im Inneren des Vulkans mit hoher Auflösung abzubilden. Nach der Bergung des P-Cable-Systems werden wir ein großes G-Gun-Array (3000 cubic inch) einsetzen, um 30 km lange radiale Linien zu schießen, die sich vom Vulkan aus erstrecken. Dieser Teil der seismischen Untersuchung wird den Hauptdatensatz für die Durchführung einer dreidimensionalen seismischen tomographischen Inversion liefern, um die Tiefenstruktur des Vulkans mit einer Auflösung von etwa 100-200 m (abnehmend mit der Tiefe) und einer Genauigkeit von 0,1 km/s in der seismischen Geschwindigkeit abzubilden. Mit diesem Datensatz können wir feststellen, ob sich in den obersten 5 km des Meeresbodens unter dem Brothers-Vulkan noch eine heiße Magmakammer befindet. Während aller seismischen Arbeiten (P-Cable und OBS-Profilierung) werden wir sowohl Schwere- als auch magnetische Daten sammeln.

Den neuseeländischen Vorgaben entsprechend, werden visuelle und akustische Marine Mammal Observer (PAM und MMO) während der seismischen Experimente an Bord sein.