91探花

Einleitung und Zielsetzung

Das Projekt PLUMEFLUX- Ausbreitung von Gal谩pagosplumematerial im 盲quatorialen Ostpazifik begann mit einer Expeditionsreise auf dem deutschen Forschungsschiff SONNE (; ). Vom 15. Juli bis 29. August 2010 wurden in zwei Fahrtabschnitten Seamounts vor Costa Rica und Nicaragua (Abb. 1, Leg 1, blauer Bereich) beprobt und Flachbohrungen im 枚stlichen Bereich des Cocos-Nazca-Spreizungszetrums (CNS) (Abb. 1, Leg 2, roter Bereich) durchgef眉hrt. Das multidisziplin盲re Forschungsprojekt (Vulkanologie, Petrologie, Geochemie, Biologie, Sedimentologie) zielte dabei schwerpunktm盲脽ig:

 
1. auf ein besseres Verst盲ndnis der Transportprozesse und Ausbreitung von Plumematerial im oberen Mantel,
 
2. auf eine bessere Charakterisierung der Variationen der Zusammensetzung des Materialeintrages in der Mittelamerikanischen Subduktionszone
 
3. auf eine Rekonstruktion der geodynamischen Entwicklung des zentralen Ostpazifiks
 
4. sowie auf eine genaue Aufnahme der 叠颈辞诲颈惫别谤蝉颈迟盲迟 und Zoogeographie in diesem Gebiet ab.

Die Ausfahrt war in zwei Fahrtabschnitte (Leg 1 und Leg 2) unterteilt. Vom 15. bis 27. Juli 2010 wurden im Gebiet 250 鈥� 500 km nordwestlich des Cocosr眉肠办别苍s auf der am Ostpazifischen R眉肠办别苍 (East Pacific Rise 鈥� EPR) gebildeten Cocosplatte Kartierungen und Hartgesteinsproben mit Kettensackdredgen an Seamounts und St枚rungsfl盲chen, sogenannte 鈥濨end Faults鈥� (= Extensionsverwerfungen, die entstehen, wenn die Platte sich vor einer Subduktionszone biegt) durchgef眉hrt. Ziel war es zu kl盲ren, ob die Seamounts als 鈥瀘ff-axis鈥� Seamounts am EPR oder als j眉ngere Intraplattenvulkane (Vulkanismus innerhalb von Erdplatten) entstanden sind. 

Auf dem zweiten Fahrtabschnitt vom 30. Juli bis 29. August 2010 standen die detaillierte Kartierung und Beprobung mehrerer Querprofile zum Cocos-Nazca-Spreizungszentrum im Bereich zwischen 86掳W und 92掳W im Mittelpunkt. Der Fokus der Untersuchungen lag dabei auf der genaueren Erforschung der Interaktion des Gal谩pagosplumes mit dem CNS. Das durch die Bohrungen gewonnene Material wurde geochemisch analysiert, um zeitliche Variationen bei der Migration von Plumematerial zu erfassen. In diesem Zusammenhang waren folgende Fragestellungen von Interesse: 

 
1. inwieweit der Transport von Plumematerial in Pulsen verl盲uft und ob diese Pulse systematische Frequenzen und Amplituden aufweisen 
   
   und
 
2. in welchem Ma脽 sich die zeitlichen Variationen an der heutigen R眉肠办别苍achse mit den (vertikalen) zeitlichen Unterschieden der Bohrung 504,  Leg 111 bei ca. 6 Ma vergleichen lassen.

Die Profilbohrungen erfolgten mit dem 鈥�" System des British Geological Survey (BGS), welches bis zu 15 m tief bohren kann und bis zu einer Wassertiefe von 3000 m einsetzbar ist.

Geologischer Hintergrund

Das Gal谩pagosarchipel wird als das Ergebnis der Aktivit盲t eines so genannten Mantelplumes angesehen. Dabei steigt hei脽es Material, vermutlich von einer Grenzfl盲che wie der Kern-Mantel-Grenze, bis zur Erdkruste auf, woraus eine Aufw枚lbung der Kruste und starker Vulkanismus resultieren. Tritt der Vulkanismus im Ozean auf, k枚nnen sich Vulkaninseln bilden wie z.B. Gal谩pagos, Hawaii oder die Kanarischen Inseln. Da ein Mantelplume, auch Hotspot genannt, als relativ station盲r angesehen wird und sich die ozeanische Platte dar眉ber bewegt, wandern die Vulkaninseln 眉ber Jahrtausende bis Jahrmillionen von diesem weg, was bedingt, dass die vulkanische Aktivit盲t abnimmt und der Vulkan langsam erlischt (Abb. 2). 

Im Gegenzug entsteht 眉ber dem Hotspot ein neuer Vulkan. Auf diese Art und Weise bilden sich Ketten von Vulkanen, die als Hotspotspur bezeichnet werden. Im Fall von Gal谩pagos gibt es eine Interaktion des Hotspots mit einem Spreizungszentrum. N枚rdlich der Gal谩pagos-Inselgruppe befindet sich das Cocos-Nazca-Spreizungszentrum (CNS), an welchem sich die zwei tektonischen Platten Cocos und Nazca auseinander bewegen. Seit mindestens 20 Ma beeinflusst der Gal谩pagoshotspot nachweislich das CNS. Das Resultat sind zwei Hotspotspuren, die sich entsprechend der Lage des Spreizungszentrums zum Hotspot entwickelten. Auf der Cocosplatte bildete sich der Cocosr眉肠办别苍, auf der Nazcaplatte der Carnegier眉肠办别苍 (Abb. 3).

Diese beiden Spuren weisen sowohl in ihrer Morphologie als auch in der geochemischen Zusammensetzung Unterschiede auf, was als das Resultat eben dieser Positionierung des Spreizungszentrums zum Hotspot gesehen wird und nicht eine Variation der geochemischen Zusammensetzung des Gal谩pagoshotspots widerspiegelt. Das Gal谩pagosplumematerial ist durch eine asymmetrische, langzeitige geochemische Zonierung (Abb. 4) gekennzeichnet (Hoernle et al., 2000; Werner et al., 2003; Geldmacher et al., 2003).

Drei geochemisch angereicherte Provinzen (n枚rdliche, zentrale und s眉dliche Provinz) umschlie脽en hufeisenartig eine verarmte MORB-盲hnliche 鈥灻秙tliche Provinz鈥� (MORB = MittelOzeanische R眉肠办别苍Basalte) (z.B. White et al., 1993; Hoernle et al., 2000). Aufgrund der systematischen r盲umlichen Anordnung der inkompatiblen Spurenelement- und Sr-Nd-Pb-Hf-Isotopen鈥揔orrelation k枚nnen sowohl das Material des Gal谩pagoshotspots eindeutig identifiziert, als auch Transportmechanismen rekonstruiert werden. 

脛hnlich wie in anderen Hotspot-Systemen unserer Erde (Hawaii, Kanaren) wird auch beim Gal谩pagoshotspot davon ausgegangen, dass sich Plumematerial 眉ber gr枚脽ere Bereiche im Mantel ausbreitet. Vorangegangene Arbeiten (u.a. SO144-3 Paganini; SO 158 MEGAPRINT) geben verschiedene Hinweise, dass weite Teile des 盲quatorialen Ostpazifiks durch Material des Gal谩pagoshotspots beeinflusst werden. Welche Prozesse dabei eine Rolle spielen, ist aber bisher noch ungekl盲rt. Sowohl an der K眉ste Costa Ricas und Panamas als auch bei Bohrungen s眉dlich des Costa-Rica-Rift treten Gesteine auf, die Gal谩pagossignaturen in ihrer chemischen Zusammensetzung aufzeigen. Zus盲tzlich kommen innerhalb der Cocos- und Carnegier眉肠办别苍-Hotspotspuren anomal junge Laven vor, welche ebenfalls die geochemischen Charakteristika der Gal谩pagosmagmen pr盲sentieren (O麓Connor et al., 2007). Bemerkenswert ist, dass diese Laven nicht die geochemische Elementverteilung der Zonierung der Hotspotspuren aufweisen. Dies deutet darauf hin, dass es sich nicht um an der Basis der Platte mitgeschlepptes Material handelt, sondern andere Mechanismen f眉r einen nachtr盲glichen Transport in die jeweiligen Bereiche verantwortlich sind.

Biologie

Ziel der vom Naturkundemuseum Berlin durchgef眉hrten biologischen Arbeiten ist eine m枚glichst umfassende Erhebung bestimmter Schl眉sselgruppen der ostpazifischen Benthosfauna, um Hypothesen zur Evolution, Funktion/Interaktion und Ausbreitung dieser Tiere zu 眉berpr眉fen. Die biologischen Untersuchungen konzentrieren sich auf zwei Hauptaspekte:

 
1. 叠颈辞诲颈惫别谤蝉颈迟盲迟: Vertreter von Schl眉sselgruppen wie Kinorhyncha, Loricifera und Brachiopoda werden identifiziert bzw. als neue Arten beschrieben. Es werden morphologische Merkmale herausgearbeitet, die f眉r die Verwandtschaftsanalyse und damit f眉r die Aufdeckung potentieller Radiationen von Bedeutung sind.
 
2. Zoogeographie: Ein Vergleich der Artenspektren im Flachwasser, auf Seamounts und in der Tiefsee unter Ber眉cksichtigung abiotischer Parameter sollte ein Verteilungsmuster erkennen lassen, welches zusammen mit phylogenetischen Analysen geeignet ist, Radiationsereignisse (= Aufspaltung von Arten in neue Arten) oder wiederholte Besiedlung der Tiefsee und deren m枚gliche Ursachen aufzudecken.

Den Fahrtbericht der Forschungsfahrt SO-208 finden Sie  (10.6 MB in Englischer Sprache).

Verantwortlich: Prof. Kaj Hoernle (Projektkoordinator), Dr. Reinhard Werner und Dr. Folkmar Hauff

wissenschaftliche Bearbeitung: M.Sc. Antje Herbrich

gef枚rdert durch: BMBF

贵枚谤诲别谤锄别颈迟谤补耻尘: 06.2010 - 08.2012

Kooperationspartner:

Dr. Carsten L眉ter, Dr. Birger Neuhaus; Museum f眉r Naturkunde der Humboldt-Universit盲t zu Berlin, Invalidenstr. 43, D-10115 Berlin ().
Dr. Craig Lundstrom; Department of Geology, University of Illinois, Urbana, IL  61801, U.S.A. ().
Dr. Scott White; Dept. of Earth and Ocean Sciences, University of South Carolina, 701 Sumter Street, EWS 617, Columbia, SC 29208, U.S.A. ().
Dr. John Sinton; Department of Geology and Geophysics, University of Hawai鈥榠 at M膩noa, 1680 East-West Road, Honolulu, HI  96822, U.S.A. ().
Dr. Dennis Geist; Department of Geological Sciences, University of Idaho, 825 West 7th Street, Moscow, ID 83844-3022, U.S.A. ().
Dr. Karen Harpp; Department of Geology, Colgate University, 13 Oak Drive, Hamilton, NY 13346, U.S.A. ().
Dr. Paul van den Bogaard; FB4 鈥� Dynamik des Ozeanbodens, Helmholtz-Zentrum f眉r Ozeanforschung, Wischhofstr. 1-3, 24148 Kiel, ().
Dr. Dieter Garbe-Sch枚nberg; Institut f眉r Geowissenschaften, Christian-Albrechts-Universit盲t zu Kiel, Ludewig-Meyn-Stra脽e 10, 24118 Kiel, ().

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Vorangegangene Ver枚ffentlichungen resultierend aus den FS Sonne Ausfahrten SO107, 144-3, and 158

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