Koordinatorantrag M72

• Applicant: Professor Dr. Bo Barker Jørgensen
• Subject Area: Oceanography
• Term: from 2006 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 33873443

Die Meteor-Fahrt M72 umfasst fünf Fahrtabschnitte mit insgesamt 108 Schiffstagen im Schwarzen Meer. Die fünf Forschungsfahrten haben eine große fachliche Spannbreite und umfassen die Geophysik, Geochemie, Mikrobiologie und Paläoozeanographie des Schwarzen Meeres. Die Fahrtabschnitte verfolgen folgende Ziele:M72/1Die Expedition M72/1 dient der Untersuchung von Austritten methanreichen Gases im Paläo- Dnjepr-Gebiet (Ukrainischer Schelf), die im Stabilitätsfeld von Methan-Gashydraten, also unterhalb von 700 m Wassertiefe liegen. Voruntersuchungen haben gezeigt, dass dort auf anaerober Methanoxidation basierende Mikrobengemeinschaften in das anoxische Tiefenwasser hineinwachsen - ähnlich den in geringeren Wassertiefen vorkommenden Strukturen, die Untersuchungsgegenstand des folgenden Fahrtabschnitts M72/2 sein werden. Ziel der M72/1-Untersuchungen ist daher die eingehende Erkundung der geochemischen, biogeochemischen und biologischen Prozesse an den tiefer gelegenen Gasaustritten. Die Schwerpunkte liegen dabei u.a. auf der Analyse von geochemischen Profilen, biogeochemischen Profilen und Umsatzraten in Sedimenten und mikrobiellen Matten, Biomarkern und deren Isotopensignaturen, sowie Alter- und Lebensdauer der mikrobiellen Gemeinschaften anhand authigener Karbonate. Die Arbeiten werden auf dem Einsatz des ROVs Quest basieren und beinhalten in-situ-Beobachtungen, hochauflösende Beprobungen von Austrittsgas, Wasser, mikrobiellen Matten, Sedimenten und Karbonaten sowie geochemische in-situ Mikroprofilierungen. M72/2Expedition M72/2 wird mikrobielle Ökosysteme im permanent anoxischen Wasserkörper des Schwarzen Meeres auf dem Schelf um die Halbinsel Krim und an den Schlammvulkanen Dvurechenskii und Odessa im Sorokin-Graben untersuchen. Mit Hilfe des ROVs Quest soll erforscht werden, wie chemische, physikalische und geologische Parameter (z.B. hydrostatischer Druck, Fluid- und Gasfluss, Verfügbarkeit von Elektronenakzeptoren) die mikrobielle Umwelt beeinflussen und den Umsatz des klimarelevanten Gases Methan kontrollieren. Im Vordergrund stehen dabei die Erfassung der mikrobiellen Diversität, die Bestimmungen der in-situ Umsatzraten verschiedener Elemente der Kohlenstoff-, Schwefel- und Eisen-Kreisläufe und die Gewinnung von hochwertigen Proben methanotropher Matten für Lipidanalysen, Umweltproteomik und –Genomik. Die Untersuchungsgebiete auf dem Krim-Schelf konzentrieren sich auf bekannte Methanseep-Felder oberhalb 400 m Wassertiefe zu denen bereits gute Vorinformationen von früheren Expeditionen existieren (RV Logatchev und FS Poseidon P317/3). Die Arbeiten an den Schlammvulkanen des Sorokin-Grabens werden die ebenfalls dort stattfindenden Arbeiten des darauf folgenden Fahrtabschnitts M72/3 um in-situ biogeochemische und mikrobiologische Untersuchungen ergänzen. M72/2 ist Bestandteil der laufenden Verbundprojekte MUMM II (BMBF) und HERMES (EU).M72/3a + bWährend der Fahrtabschnitte M72/3a und b (MARGASCH II) sollen Verteilung und Dynamik von Methan und Methanhydratvorkommen an unterschiedlichen geologischen Strukturen im östlichen Schwarzen Meer untersucht werden. Neben aktiven Gas- und Öl- Seeps (Batumi, Georgien und Shatsky Rücken, Russland) werden oberflächennahe Gashydratvorkommen (Samsun, Türkei) und Schlammvulkane (Sorokin Trog, Ukraine) mit dem ROV Quest untersucht. Oberflächennahe Methanhydrate sind für Klimafragen, Sedimentstabilitäten und geo-biologische Prozesse besonders relevant und werden interdisziplinär mit verschiedenen hochauflösenden geophysikalischen, geochemischen und geologischen Methoden untersucht. Diese Arbeiten bauen auf den 2004 und 2005 durchgeführten Expeditionen FS Poseidon P317/4 und FS Logatchev TTR-15 auf und bilden im Rahmen des BMBF Projekts METRO die abschließende Phase der Datenerhebung im Gelände, die von einem seismischen Messprogramm ergänzt werden. M72/4Die Meteor-Expedition M72/4 untersucht die interne Struktur von Gasaustritten, um eine Beschreibung möglicher Fluidförderwege zu geben. Hierzu werden punktuelle Förderquellen, wie Schlammvulkane und diffuse Austrittsfelder mit geoakustischen Methoden untersucht. Der Einsatz von Sidescan Sonar erlaubt es diese Ziele detailliert lithologisch zu kartieren und gleichzeitige hochauflösende seismische Vermessungen mit einem tief geschleppten Streamer durchzuführen. Diese Kartierungen werden es ermöglichen Förderbereiche aufzulösen, die bisher als transparente Zonen abgebildet wurden und mit aktiven Fluidaustritten in Zusammenhang zu bringen. OBH/S-Aufnahmen sollen die Verbindung zu möglichen tieferen Quellen (z.B. Diapirstrukturen) erfassen. Der begleitende Einsatz von Ozean- Bodenseismometern erlaubt es darüber hinaus physikalische Sedimenteigenschaften aus den P- und S-Aufzeichnungen abzuleiten, die über Pre-Stack Migration und AVO/AVA Analysen zu Abschätzungen von Gas- und Hydratgehalten führen. Eine flächenhafte Profilverteilung für das tief geschleppte System erlaubt eine quasi dreidimensionale Abbildung der untersuchten Strukturen. Dadurch soll der Beitrag von Austrittslokationen zum Fluid- und Gasbudget besser abgeschätzt werden können. Die Erfassung bisher nicht sicher zu beschreibender Aufstiegswege für Fluide wird auch zu einem besseren Verständnis der Bildungs- und Auflösungsprozesse von Hydratlagerstätten führen. M72/5Die Expedition M72/5 will in vier Gebieten des nordwestlichen, nördlichen und südlichen Schwarzen Meers die Geochemie und Mikrobiologie der stratifizierten Wassersäule und des Meeresbodens in Tiefenbereichen um die Redoxkline und in tiefen anoxischen Gebieten untersuchen. Die permanent stratifizierte Wassersäule beherbergt eine physiologische Vielfalt von Mikroorganismen, die in der Chemokline wichtige und zum Teil neu entdeckte Redoxprozesse katalysieren. Ein wichtiges Ziel ist daher die quantitative Rolle und die Regulierung der Umsatzprozesse an der Chemokline zu verstehen (phototrophe Sulfidoxidation, anaerobe Ammoniumoxidation – Anammox, Manganreduktion und anaerobe Sulfidoxidation). Weitere Schwerpunkte der Fahrt liegen auf der Untersuchung von geochemischen Stoffkreisläufen (insbesondere C, Fe, S) und den daran beteiligten Mikroorganismen in den TOC-reichen anoxischen Sedimenten. Zusätzlich soll die paläoozeanographische und paläoklimatische Entwicklung der Schwarzmeer-Region anhand der spezifischen Ablagerungsbedingungen der letzten 7500 Jahre bis auf interannuelle Zeitskalen analysiert werden. Die geplanten Arbeiten basieren größtenteils auf Probennahmen mit verschiedenen Durchflusspumpen, CTD/Wasserschöpfern und Sedimentkerngeräten.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 511: "Meteor" Expeditions
• Participating Persons: Dr. Jörg Bialas; Professorin Dr. Antje Boetius; Professor Dr. Gerhard Bohrmann; Dr. Richard Seifert (†)