Das vom Bundesministerium f眉r Bildung und Forschung (BMBF) gef枚rderte Forschungsprojekt MANIHIKI (鈥淶eitliche, r盲umliche und tektonische Entwicklung von ozeanischen Plateaus鈥�) begann im Mai 2007 mit einer Schiffsexpedtion mit dem deutschen Forschungsschiff 鈥淪onne鈥� im Gebiet des Manihiki Plateaus im Nordosten von Samoa. Das Projekt umfasste geologische, geochemische, bathymetrische und biologische Untersuchungen. Die Schiffsexpedition SO 193 startete am 19. Mai 2007 in Suva (Fidschi) und endete am 30. Juni 2007 in Apia (Samoa). Sie wurde von Geowissenschaftlern des Helmholtz-Zentrums f眉r Ozeanforschung (ehemals Leipniz-Institut f眉r Meereswissenschaften) an der Universit盲t Kiel (91探花) in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern von anderen Instituten und Firmen aus Deutschland, Neuseeland und Japan durchgef眉hrt. Die Analyse der auf der Expedition gewonnenen Gesteinsproben und des biologischen Materials sowie die Interpretation der verschiedenen Daten wurde innerhalb von 2,5 Jahren abgeschlossen.
Auf dieser Seite finden Sie Informationen zu den gro脽en Plateaus im SW-Pazifik und zum Arbeitsgebiet, zu den Zielsetzungen des Forschungsprojektes MANIHIKI und zu den an Bord von F.S. Sonne eingesetzten Methoden sowie eine Liste der Fahrtteilnehmer.
Wenn Sie an Hintergrundinformationen zu Plattentektonik und Manteldynamik, zu den geochemischen Untersuchungen und Altersdatierungen an magmatischen Gesteinen sowie zu den biologischen Untersuchungen im Rahmen von SO 193 MANIHIKI interessiert sind klicken Sie hier.
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Im S眉dwestpazifik existieren drei gro脽e ozeanische Plateaus, die als ozeanische Flutbasaltprovinzen oder 鈥濴arge Igneous Provinces鈥� (LIPs) angesehen werden: das Manihiki Plateau (s.u.), das ca. 2.200 km westlich des Manihiki Plateaus gelegene Ontong Java Plateau, die weltweit gr枚脽te ozeanische LIP mit >1,5 Mio km2 Fl盲che (etwa doppelt so gross wie die T眉rkei) und das etwa 3.000 km s眉dlich gelegene Hikurangi Plateau mit ca. 350.000 km2 (etwa so gross wie Deutschland). Einige Autoren haben postuliert, dass das Manihiki Plateau im Laufe des selben Ereignisses gebildet worden sein k枚nnte, bei dem auch das Ontong Java Plateau entstanden ist und wodurch ebenfalls Vulkanismus in weiteren Gebieten verursacht worden sein k枚nnte (鈥濭reater Ontong Java Plateau Event鈥�). Andere Untersuchungen erbrachten Hinweise darauf, dass das Hikurangi Plateau gemeinsam mit dem Manihiki Plateau entstand. Die kleine 3D-Karte zeigt den nord枚stlichen Rand (鈥濺apuhia Scarp鈥�) des Hikurangi Plateaus, der w盲hrend der Expedition SO168 ZEALANDIA kartiert und beprobt wurde. Der Rapuhia Scarp erhebt sich bis zu 1.000 m 眉ber den Ozeanboden des Pazifiks. Hier k枚nnte das Hikurangi Plateau einst mit dem Manihiki Plateau verbunden gewesen sein. Die Trennung der beiden Plateaus erfolgte dann in der Kreidezeit durch durch Ozeanbodenspreizung am Osbourn Trough, einem ehemaligen mittelozeanischen R眉cken.
Ontong Java ist von den drei LIPs im SW-Pazifik die am besten untersuchte. Vom Hikurangi Plateau wird ein umfangreicher Probensatz, der auf einer fr眉heren Expedition mit F.S. Sonne (SO168 ZEALANDIA) gewonnen wurde, bearbeitet. Nur vom Manihiki Plateau fehlt bisher ein entprechender Proben- und Datensatz. Dieser ist aber essentiell um zu verifizieren, ob die drei Plateaus in der Tat eine 盲hnliche zeitliche und geochemische Entwicklung aufweisen und demzufolge aus einem einzigen magmatischen 鈥淢ega鈥�-Ereignis resultieren k枚nnten.
Das Manihiki Plateau befindet sich im S眉dwestpazifik etwa zwischen 3掳S und 16掳S sowie 159掳W und 169掳W. Es hat mit ca. 550.000 km2 in etwa die Gr枚脽e Frankreichs. Seine Oberfl盲che befindet sich heute in 1.000 - 3.000 m Wassertiefe, der umgebende Ozeanboden liegt etwa 4.000 bis 5.500 m tief. Auf dem Plateau befinden sich zahlreiche Seamounts und auch einige Inseln und Atolle, die zu den Cook-Inseln geh枚ren. Das Manihiki Plateau kann in drei geomorphologische Haupteinheiten unterteilt werden: (1) Das 鈥濰igh Plateau鈥� im Osten, (2) das 鈥濶orth Plateau鈥� und (3) das 鈥濿estern Plateau鈥�. Diese Einheiten werden durch tiefe Gr盲ben getrennt, die m枚glicherweise St枚rungen repr盲sentieren.
Die 脺bersichtskarte rechts zeigt die f眉r SO193 wichtigsten Arbeitsgebiete am Manihiki Plateau: das High Plateau, das North Plateau und das Western Plateau sowie der s眉dwestliche Randbereich des Plateaus, die Danger Islands Troughs und der Eastern Scarp.
Die wichtigsten geologischen Fragestellungen des Forschungsvorhabens SO193 MANIHIKI waren im Einzelnen:
(1) Wie verlief die zeitliche Entwicklung des Manihiki Plateaus? Bildete sich das Plateau innerhalb weniger Millionen Jahre (entsprechend der 鈥瀔lassischen鈥� Modellvorstellung zur Bildung Large Igneous Provinces [LIPs]) oder in einem wesentlich gr枚脽eren Zeitraum oder in mehreren Phasen? Entstand zumindest der Gro脽teil des Plateaus w盲hrend des 鈥濭reater Ontong Java Plateau Events鈥�?
(2) Was ist der Ursprung des Manihiki Plateaus bzw. warum kam es zu derartig starken Vulkanismus und was sind dessen Quellen (tiefe Plumequellen, flache asthenosph盲rische Quellen oder Interaktion zwischen tiefen und flachen Quellen; s.a. Plattentektonik und Manteldynamik)?
(3) Wie homogen bzw. heterogen ist die Manihiki LIP aufgebaut bzw. welche Spannbreite hat ihre geochemische Zusammensetzung? Gab es mehrere magmatische Phasen mit unterschiedlichem Chemismus w盲hrend ihrer Entwicklung und, falls ja, wie lassen sich diese mit der Entwicklung der Hikurangi und Ontong Java LIPs vergleichen?
(4) Unter welchen Bedingungen ereignete sich die vulkanische Aktivit盲t am Manihiki Plateau? Fand sie 眉berwiegend an Land oder im Flachwasser statt (wie dies fr眉hrere Untersuchungen zumindest f眉r einige Bereiche des Plateaus andeuten)? Wenn ja, wie verlief die Absenkungsgeschichte des Plateaus nach seiner Bildung?
(5) Gibt es am Manihiki Plateau Beweise daf眉r, dass dies einst mit dem Hikurangi Plateau zusammengeh枚rte und, wenn ja, wann ist dieses Pal盲o-Plateau auseinandergebrochen?
Durch Beantwortung dieser Fragen konnte, unter Einbeziehung der von den Manihiki, Hikurangi und Ontong Java Plateaus bereits vorliegenden Daten, ein umfassendes Modell zum Ursprung und zur strukturellen, magmatischen und zeitlichen Entwicklung des Manihiki Plateaus erarbeitet werden. Dadurch wurde zum einen ein Beitrag zu einem besseren Verst盲ndnis der Entstehung von LIPs und zur Rekonstruktion der geodynamischen Entwicklung des S眉dwestpazifik geleistet. Zum anderen haben wir aber auch neue Informationen dar眉ber erhalten, ob das Manihiki Plateau m枚glicherweise nur einen Teil der Produkte eines sehr viel gr枚脽eren Ereignisses repr盲sentiert und somit eventuell auf ein kretazisches 鈥淢ega-Event鈥� mit enorm hohen Magmenproduktionsraten zur眉ckzuf眉hren ist. Ein solches Ereignis h盲tte nicht nur gewaltige Auswirkungen auf die Hydrosph盲re und Athmosph盲re und damit auf die Pal盲oumwelt gehabt, sondern m枚glicherweise auch eine erhebliche Bedeutung f眉r den Massen und Energietransfer zwischen Erdmantel und Lithosph盲re, insbesondere aber f眉r den W盲rmehaushalt bzw. W盲rmefluss im Erdinneren. Der Vulkanismus, der zur Bildung dieser Plateaus f眉hrte, muss jedoch in jedem Fall einen signifikanten Einflu脽 auf die Meerestr枚mungen im S眉dwestpazifik, die chemische Zusammensetzung und Temperatur des Meerwassers und des darin befindlichen Lebens gehabt haben, selbst dann wenn sie getrennt und nicht infolge eines einzigen 鈥淢ega鈥�-Ereignisses entstanden sind.
Die Erforschung von LIPs besitzt aber auch umwelt- und gesellschaftspolitische sowie wirtschaftliche Relevanz, da z.B. die mit ihrer Bildung assozierten magmatischen Prozesse urs盲chlich f眉r submarine Vulkanausbr眉che und Fluidaustritte waren bzw. sind, die wiederum einen erheblichen Einfluss auf chemische und physikalische Eigenschaften des Meerwassers haben. Um deren Bedeutung und Folgen f眉r die (marine) Umwelt besser zu erfassen, ist die Kenntnis der der vulkanischen Aktivit盲t zugrundeliegenden Prozesse essentiell.
Weiterhin wurden im Rahmen von MANIHIKI die Diversit盲t und Verteilungsmuster der marinen Tiefsee-Fauna im Gebiet des Manihiki Plateaus untersucht. Das Manihiki Plateau ist ein pazifischer Archipel-Lebensraum, der m枚glicherweise ein Artenbildungszentrum darstellt. Derartige Zentren der Speziation beeinflussen angeblich die Biodiversit盲t anderer Regionen (z.B. des Indo-West-Pazifik) durch Verdriftung der Arten mit Hilfe der vorherschenden Meeresstr枚mungen. Ziel der Untersuchungen war es, den eigenst盲ndigen Charakter des Manihiki Plateaus zu 眉berp眉fen, der sich durch einen hohen Endemismusgrad der Fauna auszeichnen sollte. Zudem stellte sich die Frage nach m枚glichen 脺bereinstimmungen insbesondere des wenig dispersiven Meiobenthos des Manihiki Plateaus mit demjenigen des Hikurangi Plateaus, das w盲hrend SO168 intensiv beprobt wurde. Die Morphologie des Manihiki Plateaus zeigt eine deutliche Vertikalzonierung, die sich ebenfalls in der Faunenzusammensetzung widerspiegeln sollte, wobei die Seamounts des Plateaus und der umliegenden ozeanischen Kruste ihrerseits eine durch Endemismus gepr盲gte Artendiversit盲t haben sollten. Eine intensive Beprobung des Untersuchungsgebietes und die nachgeschaltete Analyse der Faunenzusammensetzung ist geeignet, ein umfassendes Bild der Biodiversit盲t des Manihiki Plateaus zu erstellen. Dieses ist die Grundlage f眉r Hypothesen zur biogeographischen Verteilung der Organismen im Pazifik und speziell zur Funktion des Manihiki Plateaus als m枚glichem 'centre of origin' f眉r die Faunen anderer Bereiche des Pazifiks. Porifera, Bryozoa, Brachiopoda (Macrofauna), Kinorhyncha und Loricifera (Meiofauna) dienen aufgrund der zu erwartenden hohen Ausbeute als Schl眉sselgruppen.
Das Forschungsschiff "Sonne" ist mit ca. 98 m L盲nge und 4734 t Verdr盲ngung neben der "Polarstern", der "Meteor" und der neuen 鈥濵aria S. Merian鈥� eines der 4 gro脽en deutschen Forschungsschiffe. Es operiert 眉berwiegend im pazifischen und indischen Ozean. Das Schiff wurde 1969 als Fischereischiff gebaut, sp盲ter zum Forschungsschiff umgebaut und z盲hlt nach erneutem Umbau 1991 zu einem der leistungsf盲higsten Forschungsschiffe.
Die Skizze zeigt eine schematische Darstellung von Beprobungsmethoden, die auf der Expedition SO193 eingesetzt werden. Dredgen sind im Prinzip ein gro脽e, meist mehrere 100 kg schwere Stahleimer oder Stahlrahmen mit Kettens盲cken, die vom Schiff 眉ber den Meeresboden geschleppt werden und dabei Gesteinsmaterial abbrechen. Sie werden von uns f眉r die Beprobung von anstehendem Gesteinsmaterial beispielsweise an H盲ngen von submarinen Vulkanen eingesetzt. Der TV-Greifer eignet sich dagegen eher f眉r gezielte Beprobung loser oder weicher Gesteine oder auch von zoologischen Material. Das Ger盲t besteht aus einer Art ferngesteuerter Schaufel, in deren Mitte sich eine Videokamera befindet, die Bilder vom Meeresboden auf das Schiff 眉bertr盲gt. Erscheint auf dem Monitor ein geeignetes Objekt, kann es mit der Schaufel aufgenommen und geborgen werden. F眉r die biologische Probennahme wird ferner ein sogenannter 鈥濵ulticorer鈥� eingesetzt, mit dem die an der Oberfl盲che des Meeresbodens abgelagerten Sedimente (mit den darin lebenden Kleinstlebewesen) beprobt werden k枚nnen ohne diese zu zerst枚ren. Sobald der Multicorer den Meeresboden ber眉hrt, werden durch ein Gewicht mehrere Rohre senkrecht bis zu ca. 40 cm tief in das Sediment gedr眉ckt und dann an ihrem unteren Ende geschlossen. Anschliessend wird das Ger盲t wieder an Bord gehievt und die quasi ausgestanzten Sedimentproben k枚nnen aus den Rohren entnommen werden.
Die Gebiete, die auf der Ausfahrt beprobt wurden, sind zun盲chst auf Basis von vorhandenen bathymetrischen Karten und Informationen aus der Literatur ausgew盲hlt worden. Da diese Informationen jedoch meist nicht ausreichend waren, um geeignete Stellen f眉r die jeweilige Beprobung zu finden, wurde der Meersboden zun盲chst mit einem F盲cherecholot kartiert. Im Unterschied zu herk枚mmlichen Echoloten, die nur einen Strahl senkrecht unten senden, arbeiten F盲cherecholote mit vielen Strahlen, die wie auf der Skizze dargestellt f盲cherf枚rmig quer zum Schiff ausgesendet werden. Das auf F.S. Sonne installierte SIMRAD EM120-System sendet dabei 191 Strahlen aus und erm枚glich es damit, einen sehr breiten Streifen des Meeresbodens bei nur einer 脺berfahrt fl盲chendeckend zu kartieren. Die dabei anfallenden Daten werden sofort verarbeitet und als bathymetrische Karte mit Tiefenlinien auf einem Bildschirm an Bord dargestellt.
Diese bathymetrischen Kartierungen dienen aber nicht nur dem Auffinden der optimalen Probenahmelokationen, sondern die auf Basis der F盲cherecholotdaten angefertigten Karten und 3D-Darstellungen liefern auch wichtige Informationen f眉r verschiedene wissenschaftlichen Fragestellungen, wie es durch das folgende Beispiel veranschaulicht werden soll.
Die Abbildung links zeigt einen untermeerischen Vulkan (Seamount), der auf einer anderen F.S. Sonne-Expedition vor Neuseeland mit dem SIMRAD EM120 F盲cherecholot kartiert wurde. Der Seamount besitzt in gro脽es Plateau in seinem Topbereich. Ein solches Plateau kann nur infolge von Erosion durch Wellen an der Wasseroberfl盲che entstehen. Diese Beobachtung bedeutet also, dass dieser Vulkan, obwohl sein Plateau heute in ca. 2.000 m Wassertiefe liegt, einst als Inselvulkan aktiv war, dann nach Ende der vulkanischen Aktivit盲t durch Wellen abgetragen wurde und danach mit der darunter befindlichen Erdkruste um ca. 2.000 m abgesunken ist. Allerdings befinden sich auf dem Erosionsplateau viele kleinere Vulkankegel. Da diese offensichtlich nicht erodiert worden sind, k枚nnen sie erst entstanden sein als die Insel abgetragen worden war und bereits ein St眉ck unter die Wasseroberfl盲che abgesunken war. Die Kartierung dieses Seamounts liefert uns also wichtige Informationen 眉ber seine Entwicklung wie z.B. dass er einst eine Vulkaninsel war oder dass es mindestens 2 Phasen vulkanischer Aktivit盲t gab, die sich zu unterschiedlichen Zeiten ereignet haben (wahrscheinlich im Abstand von einigen 100.000 oder sogar Millionen Jahren).
