SO301 SCIROCCO: Seismisches Abbild des Zentralindischen Rückens: Aufbau und Entwicklung von ozeanischen Tiefengesteinkomplexen

Projektanfang: 01.07.2023

Projektende: 31.12.2025

Projektstand: 01.03.2024

Projektziele SCIROCCO

Das Drittmittelprojekt SCIROCCO hat zum Ziel, Störungssysteme am Zentralindischen Rücken seismisch abzubilden, um ein besseres System- und Prozessverständnis von Magmatismus und Krustendehnung zu gewinnen.

Am langsam spreizenden mittelozeanischen Rücken findet ein Wechselspiel von magmatischer Neubildung ozeanischer Kruste und tektonischer Extension statt. Während tektonischer Dehnungsphasen können an großen langlebigen Abschiebungsflächen ozeanische Tiefengesteinkomplexe (Oceanic Core Complexes, OCC) aus der Unterkruste bzw. dem oberen Mantel bis an den Meeresboden gehoben werden. Das Störungssystem großräumiger Abschiebungsflächen bietet Wegsamkeiten für Fluide. Sind zusätzlich magmatische Wärmequellen vorhanden, können sich aktive Hydrothermalsysteme ausbilden und zu potenziellen Lagerstätten für polymetallische Sulfide entwickeln. Dieser Zusammenhang zwischen ozeanischen Tiefengesteinkomplexen, Störungssystemen und Hydrothermalsystemen soll im Projekt SCIROCCO durch ein strukturelles seismisches Abbild sichtbar gemacht werden.

Das Zielgebiet bei 25 °S, 70 °E liegt am Zentralindischen Rücken (CIR) direkt nördlich des Rodriguez Tripelpunktes (RTJ), wo drei mittelozeanische Rücken zusammentreffen (Zentral-, Südwest- und Südostindischer Rücken: CIR, SWIR, SEIR). Im Arbeitsgebiet befinden sich ein prominenter OCC, der ca. 10 km mal 20 km ausgedehnt ist und sich 1500 m hoch erhebt, sowie aktive Hydrothermalfelder, darunter das bekannte Kairei Feld.

Forschungsfahrt SO301

Diese mittelozeanischen Rückenstrukturen wurden mit dem Forschungsschiff RV SONNE auf der Expedition SO301 vom 22.11.2023 bis 04.01.2024 mit einem Fokus auf die Reflexions- und Refraktionsseismik geophysikalisch untersucht. Einen Überblick über das akquirierte Profil- und Stationsnetz gibt die Abbildung 1 des Arbeitsgebietes.

Abbildung 1: Arbeitsgebiet von SCIROCCO bei 25°S, 70°E am Rodriguez Tripelpunkt (RTJ), wo der Zentral-, Südwest- und Südostindische Rücken zusammentreffen. Die ozeanische Kruste mit dem Tiefengesteinkomplex (OCC) und dem Kairei Hydrothermalfeld wurde mit 29 Reflexionslinien (rot), 86 Ozeanbodenseismometer (OBS)-Stationen (gelbe, blaue und lila Kreise) und Refraktionsprofile (gelbe Linien) vermessen. Bathymetrie erstellt aus den Fächerecholotdaten von RV SONNE Quelle: BGR

Die Refraktionsseismik führte mit 50 Ozeanbodenseismometern (OBS) vom GEOMAR und der BGR insgesamt 86 Einsätze durch, die i) entlang von zwei langen Refraktionsprofilen über die Plattengrenzen, ii) regional als 3D Array rund um den OCC und iii) lokal beim Kairei Hydrothermalfeld ausgesetzt wurden. Als seismische Quelle der Tauchwellen diente ein Luftpulserarray, das entlang von Refraktionsprofilen und in Kurven zwischen den Reflexionsprofilen mit einem Schussabstand von einer Minute operierte. Mehrere Phasen sind bis in einen Abstand von ca. 40 km zu erkennen, darunter auch Scherwellen und Moho-Reflexionen. Ein erstes aus den Daten abgeleitetes Modell bildet den ozeanischen Tiefengestein­komplex (OCC) als Körper höherer Geschwindigkeiten als die umgebende ozeanische Kruste ab.

Die Reflexionsseismik operierte erstmals in der deutschen Forschungsseismik mit einem 8 km langen Hydrophonkabel und konnte in zwei Wochen ein dichtes rechtwinkliges Netz von 29 Profilen mit 50 m Schusspunktabstand über den OCC und alle drei mittelozeanischen Rücken akquirieren. Die anspruchsvolle Topographie und die sediment­freie Lithologie erfordern ein spezielles Prozessing. Ober­flächen­nahe Strukturen und Störungen lassen sich im Bereich des OCC bereits erkennen. Auch treten die erhofften refraktierten Phasen in den letzten beiden Kilometern des langen Streamers auf.

Die Potenzialfeldmethoden Magnetik und Gravimetrie erfassten auf allen Profilen ein dichtes flächiges Datennetz, dass einen neuen detaillierten Blick auf Anomalien im Arbeitsgebiet und um den OCC im Speziellen erlaubt - neben einem Vergleich mit Datensätzen früherer Vermessungen, die Ungenauigkeiten des IGRF Referenzmodells aufzeigen.

Der durch die zahlreichen Profile mit dem Fächerecholot EM122 erfasste bathymetrische Datensatz zeigt in seiner hohen Datenqualität die Vorteile der mehrfachen Überdeckung aus verschiedenen Azimuten. Er wird zum Ausgangspunkt für die seismische 3D Migration zur Beseitigung der Diffraktionen.

Nebennutzerprojekt KABA

Die Forschungsfahrt SO301 beinhaltete auch das Nebennutzerprojekt KABA mit dem Titel „Auswirkungen der Stoffflüsse am Kairei-Hydrothermalfeld auf die mikrobiellen Prozesse im Bathypelagial in Verbindung mit dem Kohlenstoff- und Metallkreislauf". Ziel dieses Programms ist es zu ermitteln, wie das Austreten hydrothermaler Fluide das mikrobielle Leben und den biogeochemischen Kreislauf im bathypelagischen Ozean über dem hydrothermalen Kaireifeld beeinflusst.

Das KABA-Projekt hat in 28 CTD-Einsätzen die Ausbreitung des hydrothermalen Plumes im Kairei-Hydrothermalfeld mithilfe von Temperatur-, Redoxpotential- und Trübemessungen erfasst und mit Wasserschöpfern und in-situ Pumpen beprobt. Mehr als 200 Proben wurden zur Auszählung von Mikroorganismen und zur Gen- und Genomsequenzierung gewonnen; für die Quantifizierung des Spurenmetalleintrags sowie deren Ausbreitung in der Wassersäule wurden über 1000 Proben genommen.

Literatur:

• SO301 - Fahrtbericht
  
• Forschungsschiff SONNE: Reisen Nr. SO299-2 - SO301 15.08.2023 - 04.01.2024 Expeditionsheft (2023) (PDF)
• 1. Wochenbericht (22.11. – 26.11.)
• 2. Wochenbericht (27.11. – 3.12.)
• 3. Wochenbericht (4.12. – 10.12.)
• 4. Wochenbericht (11.12. – 17.12.)
• 5. Wochenbericht (18.12. – 24.12.)
• 6. Wochenbericht (25.12. – 31.12.)

Partner:

GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (Dr. Anke Dannowski)

Förderungsnummer:

03G0301A (BMBF)