Mehrphasenströmung in Hochtemperatur-Hydrothermalsystemen an Ozeanischen Spreizungszentren — Eine Fallstudie am Ostpazifischen Rücken

• Antragsteller: Dr. Jörg Hasenclever
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414914785

Hydrothermale Systeme an ozeanischen Spreizungszentren sind ein wesentlicher Bestandteil der Stoff- und Energiekreisläufen der Erde. Heiße Quellen am Meeresboden entstehen, wenn Meerwasser in die ozeanische Kruste eindringt und durch magmatische Prozesse aufgeheizt wird. Hydrothermale Fluide sind hochreaktiv und ermöglichen so einen thermischen und chemischen Austausch zwischen ozeanischer Kruste und Tiefsee. Dieser Austausch ernährt biologische Artengemeinschaften, lässt ökonomisch interessante Erzvorkommen entstehen, und ist Bestandteil des globalen Kohlenstoffkreislaufes.Obwohl submarine Hydrothermalsysteme seit mehr als vier Jahrzehnten untersucht werden, sind viele ihrer Eigenschaften noch immer unklar. Wenn Salzwasser stark erhitzt wird, trennt es sich in eine dichte, salzige Sole und eine leichtere, salzarme Dampfphase. Gemessene Veränderungen des Salzgehaltes freigesetzter Fluide, insbesondere nach Wärmezufuhr durch magmatische Aktivität, zeigen, dass Phasenübergänge und -trennungen innerhalb der Kruste stattfinden. Die Fließwege und Strömungsdynamik dieser beiden Phasen innerhalb der Ozeankruste sind bisher noch nicht mit einem realistischen, dreidimensionalen (3-D), numerischen Modell untersucht worden. Besonders die Strömung der salzigen Sole ist interessant, da Interaktionen zwischen Fluid und Gestein von der Salinität abhängig sind (Auflösung und Ausfällung von Quarz, Transport von Metallen). Ebenso ist unklar, welche Prozesse im Meeresboden die Lage der heißen Quellen an schnellen Spreizungszentren bestimmen.Um die im Meeresboden verborgenen hydrothermalen Vorgänge zu beleuchten, werden in diesem Projekt seismische Datenanalysen, numerische Modellierungen, und gemessene Zeitreihen an hydrothermalen Quellen verknüpft. Der Kernpunkt des Projektes ist eine detaillierte Fallstudie an einem außerordentlich gut erkundeten Abschnitt des Ostpazifischen Rücken bei 9º 50’ N, wo ein hochauflösender seismischer Datensatz strukturelle Details der ozeanischen Kruste enthüllt (z.B. Bereiche mit hoher Porosität, die mögliche Strömungspfade für hydrothermale Fluide sein könnten). Zudem sind hier Einzelheiten des magmatischen Systems bekannt, wie Variationen in der Tiefenlage und im Schmelzgehalt entlang der Spreizungsachse. Die seismischen Informationen fließen in ein neues, numerisches 3-D Modell für Salzwasser-Hydrothermalsysteme ein, das im ersten Projektabschnitt entwickelt wird. Die Modellergebnisse werden mit Beobachtungen und Messungen am Meeresboden verglichen. Ziel des Projekts ist es, die Zusammenhänge zwischen der Lage der hydrothermalen Quellen, der Temperatur und Salinität der freigesetzten Fluide, der Struktur der darunterliegenden ozeanischen Kruste, sowie den Eigenschaften des magmatischen Systems zu identifizieren. Die erwarteten Ergebnisse werden nicht nur die Strömungsdynamik in submarinem Hydrothermalsystemen aufdecken, sondern auch ihr Zusammenspiel mit magmatischen Prozessen und hydrologischen Strukturen in der Ozeankruste.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Lars Helmuth Rüpke
• Kooperationspartnerin: Dr. Milena Marjanovic