Unterwasservulkane in der Erdkruste tragen aktiv zu vielen verschiedenen Elementen der ozeanischen Umwelt bei. Daher spielen sie eine wichtige Rolle in den biogeochemischen und chemosynthetischen Kreisläufen des Ozeans. Obwohl es viele Studien zu Hochtemperatur-Hydrothermalsystemen im mittelozeanischen Rücken gibt – einer Reihe von Unterwasservulkanen, die die Ränder der verschiedenen ozeanischen Platten nachzeichnen – gibt es nur wenige Informationen über Niedertemperatur-Hydrothermalsysteme in anderen Vulkanen, wie z „Petit-Spot“-Vulkane.
Petit-Spot-Vulkane sind kleine Vulkane, die auf der ganzen Welt in Regionen vorkommen, in denen sich ozeanische Platten biegen. Jüngste Studien im Osten des Japangrabens haben ergeben, dass Petit-Spot-Vulkane alkalisches Magma ausstoßen, das mit Kohlendioxid (CO2) angereichert ist. Diese Vulkane produzieren auch ein Vulkangestein namens Peperit, das durch die Erwärmung von wasserreichem Sediment entsteht, was die Produktion hydrothermaler Flüssigkeit und die Methanogenese impliziert.
Daher wird vermutet, dass Petit-Spot-Vulkane methanhaltige hydrothermale Flüssigkeiten ausstoßen könnten. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass ein besseres Verständnis der hydrothermischen Aktivität von Petit-Spot-Vulkanen erforderlich ist, um ihren Beitrag zum marinen biogeochemischen Kreislauf richtig bewerten zu können.
In einer aktuellen Studie untersuchte ein Team von Wissenschaftlern, darunter Assistenzprofessor Keishiro Azami von der Waseda-Universität, hydrothermale Ablagerungen eines Petit-Spot-Vulkans in einer Wassertiefe von 5,7 km im Japangraben im westlichen Nordpazifik.
„Die hydrothermale Aktivität unter Wasser, die wir in unserer Arbeit beschrieben haben, ist die tiefste, die bisher bekannt ist. Basierend auf unseren Erkenntnissen haben wir die hydrothermischen Wechselwirkungen, die in Petit-Spot-Vulkanen auftreten, weiter abgeschätzt“, erklärt Azami. Zum Forschungsteam gehörten außerdem Dr. Shiki Machida von der Chiba Institution of Technology und außerordentlicher Professor Naoto Hirano von der Universität Tohoku. Der Artikel wurde veröffentlicht in Kommunikation Erde und Umwelt.
Im Rahmen ihrer Studie analysierte das Team die chemische und mineralogische Zusammensetzung von Baggerproben, die vom Meeresboden in der Nähe des Petit-Spot-Vulkans entnommen wurden. Sie fanden heraus, dass die Proben hauptsächlich aus Eisenoxiden (Fe) und Manganoxiden (Mn) bestanden und dass ihre Eigenschaften auf hydrothermalen Ursprung zurückzuführen waren, dh dass die Fe-Mn-Oxide direkt aus hydrothermaler Flüssigkeit ausgefällt wurden.
Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die hydrothermale Aktivität am Petit-Spot der Grund für die Bildung dieser Oxide ist und dass der Petit-Spot-Vulkan der tiefste bisher bekannte hydrothermale Standort ist. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass die chemische und mineralische Zusammensetzung der Proben auf eine hydrothermale Aktivität bei niedrigen Temperaturen hinweist.
Anschließend führten die Forscher eine Röntgenfluoreszenzspektroskopie durch, um die Elementverteilung der Probenquerschnitte zu identifizieren, und führten eine unabhängige Komponentenanalyse der Elementverteilungsdaten durch, um den Bildungsprozess dieser Fe-Mn-Oxide aufzuklären. Ihre Ergebnisse legen nahe, dass die Bildung dieser Fe-Mn-Oxide beginnt, wenn Petit-Spot-Magma eine hydrothermale Flüssigkeit mit niedriger Temperatur erzeugt, die über die Sedimentsäule nach oben fließt und an der Grenzfläche zum Meerwasser Mn-Oxide ausfällt.
Diese Mn-Oxidschicht, die Silikatschutt enthält, wächst dann nach unten in Richtung Meeresboden, da sich mehr Mn-Oxid ablagert. Schließlich wird dieser Schutt verändert. Anschließend werden Fe-Oxide durch die gleiche Wirkung an der Grenzfläche zwischen der hydrothermischen Niedertemperaturflüssigkeit und den Mn-Oxiden abgeschieden. Nach dem Ende der hydrothermischen Aktivität bildet sich dann auf diesen Ablagerungen an der dem Meerwasser ausgesetzten Oberfläche ein hydrogener Rand.
„Basierend auf früheren Untersuchungen können wir abschätzen, dass die hydrothermale Flüssigkeit von Petit-Spot-Vulkanen im Vergleich zu derjenigen vom Mittelozeanischen Rücken an CO2 und Methan angereichert ist“, erklärt Azami. „Das bedeutet wiederum, dass die elementaren Beiträge der hydrothermalen Aktivität von Petit-Spot auf der ganzen Welt möglicherweise wichtige Auswirkungen auf globale biogeochemische Kreisläufe, insbesondere den Kohlenstoffkreislauf, haben könnten.“
Diese Ergebnisse unterstreichen das Vorhandensein hydrothermaler Aktivität in kalten und alten ozeanischen Platten und unterstreichen die Notwendigkeit weiterer Studien zu Petit-Spot-Vulkanen.
Mehr Informationen:
Keishiro Azami et al., Hydrothermale Ferromanganoxide um einen Petit-Spot-Vulkan auf alter und kalter ozeanischer Kruste, Kommunikation Erde und Umwelt (2023). DOI: 10.1038/s43247-023-00832-3