Außeraxiales Hochtemperatur-Hydrothermalfeld an der East Pacific Rise entdeckt

Die Entdeckung eines neuen Hydrothermalquellenfeldes mit hoher Temperatur außerhalb der Achse auf dem Boden des Pazifischen Ozeans in 2.550 Metern Tiefe könnte das Verständnis der Wissenschaftler über die Auswirkungen verändern, die solche Entlüftungssysteme am Meeresboden auf das Leben und die Chemie der Ozeane der Erde haben.

Ein Forscherteam, darunter Jill McDermott, chemische Ozeanographin und Fakultätsmitglied am Department of Earth and Environmental Sciences der Lehigh University, entdeckte das außeraxiale hydrothermale Feld namens YBW-Sentry im Bereich des globalen Mittelozeanischen Rückens, der als East bekannt ist Pazifischer Aufstieg. Das Untersuchungsgebiet liegt etwa 200 Meilen vor der Küste Westmexikos. Das neue Quellgebiet umfasst eine Fläche, die einem Fußballfeld entspricht, etwa doppelt so groß wie die nächsten aktiven hydrothermalen Quellen in der Region. Die Schornsteine ​​ähneln Kandelabern, die die Höhe eines dreistöckigen Gebäudes haben. Die Ergebnisse wurden heute in einem Artikel mit dem Titel „Discovery of Active Off-Axis Hydrothermal Vents at 9° 54’N East Pacific Rise“ veröffentlicht, der in der veröffentlicht wurde Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Hydrothermalquellen in der Tiefsee sind auf der ganzen Welt zu finden, meistens an vulkanisch aktiven Orten entlang des Kamms des globalen mittelozeanischen Rückensystems. Magmatische Aktivität, angetrieben durch Aufschwünge von Hitze im Erdmantel, führt dazu, dass sich die spröden tektonischen Platten, aus denen die äußere Hülle oder Kruste der Erde besteht, aufspalten. Während sich die Platten ausbreiten, wird durch magmatische Aktivität und Vulkanausbrüche neues Meeresbodengestein gebildet. Diese magmatische und tektonische Aktivität erzeugt Risse, durch die Meerwasser in Krustengestein sickert. Ähnlich wie heiße Quellen an Land strömen hydrothermale Quellen eine mineralreiche Flüssigkeit aus, die unter dem Meeresboden erhitzt wurde.

Die Forschung, die zur Entdeckung des Off-Axis-Schlotfeldes entlang des East Pacific Rise führte, wurde vom McDermott-Labor an der Lehigh University geleitet. Das Team sammelt Flüssigkeiten aus den Schornsteinen des Schwarzen Rauchers und analysiert sie auf ihre geochemischen Eigenschaften, die auf die Temperaturen hinweisen können an denen sich die Flüssigkeiten bilden. Heißere Temperaturen könnten ein Zeichen für einen bevorstehenden Ausbruch sein. Gleichzeitig instrumentiert das Team auch die aktiven Entlüftungskamine mit selbstaufzeichnenden Flüssigkeitstemperaturloggern, um über einen Zeitraum von zwei Jahren alle zehn Minuten Messungen bereitzustellen. Die Temperaturmessungen liefern eine Zeitreihe der Änderungen, die die Lüftungsöffnungen erfahren. Das Forschungsteam hat neun Schlote im Untersuchungsgebiet instrumentiert.

Bathymetrische Vermessungen in Bodennähe, die das Forschungsteam zwischen 2018 und 2021 mit dem autonomen Unterwasserfahrzeug (AUV) Sentry durchführte, das von der National Deep Submergence Facility der Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) bereitgestellt wurde, lieferten die hochauflösenden (1 Meter) Karten, die sich auflösen lassen sehr kleine Meeresbodenmerkmale, so Ross Parnell-Turner, Geophysiker an der Scripps Institution of Oceanography in Kalifornien und Mitautor der Abhandlung.

„Wir identifizierten ein außeraxiales Feld mit hohen Gipfeln und nahmen an, dass es sich entweder um ältere Vulkanspitzen oder vor langer Zeit abgelagerte inaktive hydrothermale Schlote handelte“, sagt Parnell-Turner.

Daniel J. Fornari, Meeresgeologe am WHOI und Mitautor des Artikels, bemerkte: „Wir waren erstaunt, dass das Feld nicht nur sehr aktiv war, sondern auch eine größere Fläche und eine höhere Ursprungstemperatur als jedes andere hydrothermale Schlotfeld hat entlang dieses Teils des Ostpazifischen Rückens bekannt, der in den letzten 30 Jahren untersucht wurde.“

Laut McDermott wurde in den letzten 15 Jahren die Art und Weise, wie Wissenschaftler den Meeresboden untersuchen und beproben, durch die hochauflösenden Karten, die von autonomen Unterwasserfahrzeugen erstellt werden, revolutioniert. Die von den AUV-Sonaren erstellten Karten ähneln im Maßstab denen, die bei landgestützten geologischen Vermessungen und Kartierungen verwendet werden, wobei eine Vielzahl hochentwickelter Techniken verwendet wird, darunter Drohnenkartierung und Laserscanning.

„Nur sehr wenige Bereiche in der Tiefsee wurden mit hoher Auflösung unter Verwendung von Tieftauchtechnologien kartiert“, sagt Parnell-Turner, Co-Autor. „Allerdings können große Entdeckungen gemacht werden, indem man mit AUVs Bathymetrie in Bodennähe sammelt.“

Die Suche nach aktiven hydrothermalen Quellen hat sich in der Vergangenheit auf den Trog konzentriert, der die Achse und den Ort der meisten Vulkanausbrüche entlang des Ostpazifikrückens markiert. Das Team hat die hochauflösende Karte westlich und östlich dieses axialen Trogs zwischen 9° 45-57′ N Breite in den letzten drei Jahren unter Verwendung des Sentry AUV der NDSF erweitert. McDermott beschreibt NDSF als „NASA der Tiefsee“.

„Die Kartierungsarbeiten liefern ein detailliertes Bild des Meeresbodens, so dass wir Veränderungen überwachen und quantifizieren können, die auftreten, wenn der nächste Vulkanausbruch entlang dieses Teils der Achse des Ostpazifischen Rückens stattfindet“, sagt McDermott.

Zwei frühere Eruptionen ereigneten sich an dieser Stelle – 1991–1992 und erneut 2005–2006 – und das Team prognostiziert, dass die nächste Eruption in den nächsten Jahren stattfinden könnte, so Thibaut Barreyre, ein Geophysiker an der Universität von Bergen in Norwegen und Co-Autor.

„Das neue Schlotfeld könnte nach Vulkanausbrüchen zur Erholung hydrothermaler Ökosysteme führen“, sagt Santiago Herrera, ein Co-Autor, biologischer Ozeanograph und Fakultätsmitglied am Fachbereich für biologische Wissenschaften der Lehigh University.

Weitere Autoren der PNAS Veröffentlichungen umfassen: Connor C. Downing, Kelden Pehr und William S. Dowd in Lehighs Department of Earth and Environmental Sciences; Jyun-Nai Wu von der Scripps Institution of Oceanography; Nicole C. Pittoors und Samuel A. Vohsen in der Fakultät für Biowissenschaften der Lehigh University; und Milena Marjanović vom französischen Institut de Physique du Globe de Paris.

„Über Tiefseeschlote entlang des globalen Mittelozeanischen Rückens gibt es noch viel zu entdecken, sowohl hinsichtlich ihrer Lage als auch ihrer geologischen, geochemischen und biologischen Eigenschaften“, sagt McDermott. „Ich hoffe, dass unsere Studie zukünftige Forschungsanstrengungen motivieren wird, um auf die Kartierung von Off-Axis-Bereichen entlang des globalen Mittelozeanischen Rückenkamms abzuzielen, um das Ausmaß der Hydrothermalentlüftung außerhalb der Achse im Vergleich zur Achse besser zu quantifizieren.“