{"id":20711,"date":"2024-08-23T12:37:17","date_gmt":"2024-08-23T11:37:17","guid":{"rendered":"https:\/\/www.unifr.ch\/alma-georges?p=20711"},"modified":"2024-08-23T13:42:27","modified_gmt":"2024-08-23T12:42:27","slug":"im-herzen-der-erde-wie-eine-tiefseebohrung-unser-verstaendnis-von-geologischen-prozessen-erweitert","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.unifr.ch\/alma-georges\/articles\/2024\/im-herzen-der-erde-wie-eine-tiefseebohrung-unser-verstaendnis-von-geologischen-prozessen-erweitert?lang=de","title":{"rendered":"Im Herzen der Erde \u2013 Wie eine Tiefseebohrung unser Verst\u00e4ndnis von geologischen Prozessen erweitert"},"content":{"rendered":"
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Im Fr\u00fchling 2023 fand eine der aufregendsten Tiefseebohrungen des Jahres statt. Esther Schwarzenbach, Wissenschaftlerin am Departement f\u00fcr Geowissenschaften, spielte dabei eine entscheidende Rolle bei der Analyse der Gesteinsproben, die aus \u00fcber 1200 Metern Tiefe unter dem Meeresboden entnommen wurden. Im Dezember 2024 war sie pers\u00f6nlich in Texas, wo sie im Bohrkernlager in College Station die Proben zusammen mit dem Petrologie-Team detailliert untersuchte und wertvolle Einblicke in die geologischen Prozesse der Erdkruste gewann.\u00a0<\/strong><\/h4>\n
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Was waren die gr\u00f6ssten Herausforderungen bei der Entnahme des Gesteinskerns aus einer so grossen Tiefe unter dem Meeresboden?
\n<\/strong>Die Tiefe des Bohrkerns ist insofern nicht das aussergew\u00f6hnlichste, da bereits an drei anderen Stellen am Meeresboden in Tiefen von \u00fcber 1200 m gebohrt wurde. Bisher beinhalteten diese Bohrkerne jedoch Basalte und\/oder Gabbros, also Gesteine, welche die typische ozeanische Kruste aufbauen, bzw. \u00fcber 95% des Ozeanbodens ausmachen.<\/p>\n

Das Interessante an dem Bohrkern ist, dass die gebohrten Gesteine gr\u00f6sstenteils aus den Gesteinen des Erdmantels bestehen. Das sind Gesteine, welche wir nur sehr selten studieren k\u00f6nnen, da der Erdmantel normalerweise von der bis zu 60 km dicken Erdkruste \u00fcberdeckt wird. Um die Gesteine des Erdmantels zu studieren, m\u00fcssen wir entweder alten ozeanischen Boden, der auf dem Kontinenten aufgeschlossen ist (sogenannte Ophiolite) untersuchen, oder sogenannte tektonische Fenster suchen (wie nun im vorliegenden Fall), also Orte, wo der Erdmantel am Meeresboden aufgeschlossen und erreichbar ist. Und genau so ein tektonisches Fenster finden wir am Atlantis-Massiv, einem \u00fcber 4000 Meter hohen Massiv, das am Mittelatlantischen R\u00fccken liegt, und wo Gesteine des Erdmantels direkt am Meeresboden freigelegt wurden.<\/p>\n

Welche neuen Erkenntnisse erhoffen Sie sich durch die Analyse dieser Proben \u00fcber die Zusammensetzung des Erdmantels?
\n<\/strong>Die gebohrten Gesteine k\u00f6nnen einerseits neue Informationen \u00fcber die Bildung neuer ozeanischer Kruste geben, welche schlussendlich 60% der Oberfl\u00e4che unseres Planeten ausmacht. Das heisst, die Prozesse welche sich im Oberen Erdmantel abspielen, haben einen direkten Einfluss darauf, wie sich die Lithosph\u00e4renplatten auseinander bewegen, was wiederum einen Einfluss auf die globalen Bewegungen der Lithosph\u00e4renplatten hat.<\/p>\n

Noch spannender bei den gebohrten Gesteinen ist jedoch der Prozess der Serpentinisierung, der in diesen Gesteinen abl\u00e4uft. Die Minerale des Erdmantels sind an der Erdoberfl\u00e4che und vor allem im Kontakt mit Wasser sehr instabil, worauf sich andere, neue Minerale bilden, unter anderem das Mineral Serpentin. Bei diesem Prozess, wo nun das Meerwasser mit dem Gestein des Erdmantels reagiert, entstehen verschiedene chemische Komponenten, unter anderem gasf\u00f6rmiger Wasserstoff, aber teilweise auch Methan und andere Kohlenstoff-haltigen Verbindungen (z.B. Format, Acetat). Diese chemischen Verbindungen, vor allem gasf\u00f6rmiger Wasserstoff und Methan, welche durch diese abiogenen Mineralreaktionen entstehen, sind enorm wichtig, da sie eine Energiequelle f\u00fcr sehr einzigartige Mikroben sind. Diese Mikroben (Bakterien und sogenannte Archaea) geh\u00f6ren zu den einfachsten Lebensformen und k\u00f6nnten bereits eine wichtige Rolle auf der fr\u00fchen Erde gespielt haben. Bzw. die Hypothese ist, dass diese Mineralreaktionen, also die Reaktion von Wasser mit dem Erdmantel, einen Einfluss auf die Entstehung des Lebens gehabt haben k\u00f6nnten. \u00c4hnliche Prozesse finden aber zum Beispiel auch auf dem Saturnmond Enceladus statt, wo \u00e4hnliche Gesteine wie jene des Erdmantels direkt von einem dicken Ozean umgeben sind. Somit k\u00f6nnen die Prozesse, welche sich am Atlantis-Massiv abspielen auch ein Analog sein, f\u00fcr jene die sich auf dem Saturnmond Enceladus abspielen.<\/p>\n

Meine Forschung bezieht sich diesbez\u00fcglich vor allem darauf, herauszufinden, in welche Tiefen wir mikrobielle Aktivit\u00e4ten im Gestein noch nachweisen k\u00f6nnen. In \u00e4hnlichen Gesteinen, wie jene, die nun am Atlantis-Massiv gebohrt wurden, konnte bereits gezeigt werden, dass sulfatreduzierende Bakterien mindestens bis in Tiefen von 150 m im Meeresboden leben (in Porenr\u00e4umen oder Rissen im Gestein, die daf\u00fcr gross genug sind). Die Aufgabe meiner Arbeitsgruppe wird nun sein, herauszufinden, bis in welche Tiefen wir diese Bakterien am Atlantis Massif finden und welche Bedingungen (z.B. welche Temperaturen) das Leben in der tiefen Biosph\u00e4re erm\u00f6glicht.<\/p>\n

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Wie k\u00f6nnte dieses Projekt unser Verst\u00e4ndnis der Dynamik der Erdplatten und geologischen Prozesse verbessern?
\n<\/strong>W\u00e4hrend das Meerwasser mit den Gesteinen des Erdmantels reagiert, bilden sich Minerale, welche das Wasser in ihrer Kristallstruktur speichern (so das Mineral Serpentin). So enth\u00e4lt ein Erdmantelgestein, das komplett zu einem Serpentinit umgewandelt wurde 13 Gewichtsprozent Wasser! Das heisst, ein 100 g schwerer Serpentinit kann bis zu 13 g Wasser enthalten. Diese Gesteine werden schliesslich entlang von sogenannten Subduktionszonen wieder in das Erdinnere transportiert, wodurch zum Beispiel die Bildung von Magmen ausgel\u00f6st wird. Das heisst, der Anteil an Wasser, der schlussendlich in Gesteinen des Erdmantels gespeichert wird, kontrolliert zahlreiche andere Prozesse, unter anderem Vulkanismus an konvergenten Plattenr\u00e4ndern, so wie wir ihn z.B. in den Anden finden.<\/p>\n

Andererseits werden w\u00e4hrend das Meerwasser mit dem Erdmantel reagiert auch andere Elemente und chemische Komponenten, wie z.B. CO2 im Gestein gebunden. Dies sieht man unter anderem durch zahlreiche weisse Adern, welche das Gestein durchziehen. Damit spielen diese Prozesse auch eine Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf.<\/p>\n

Welche technologischen Innovationen waren erforderlich, um die Bohrungen erfolgreich durchzuf\u00fchren?
\n<\/strong>Das Tiefseebohren ist nun bereits \u00fcber 50 Jahre alt und die jeweiligen Bohrungen profitieren nat\u00fcrlich auf den Erfahrungen der fr\u00fcheren Bohrungen. So war es m\u00f6glich, mit guter Vorerkundung des Meeresboden und dem technologischen Fortschritt der letzten 50 Jahre nun endlich den Erdmantel bis in Tiefen von 1200 Metern zu bohren.<\/p>\n

Gab es w\u00e4hrend des Projekts einen Moment, der Ihnen besonders in Erinnerung geblieben ist? Vielleicht etwas Unerwartetes oder eine besondere Herausforderung?
\n<\/strong>Das besondere an dem Bohrkern ist wohl, dass ein so grosser Teil des Bohrkerns alteriert ist, also mit dem Meerwasser interagiert hat. Das heisst, Meerwasser ist mindestens bis in Tiefen von 1200 m eingedrungen und hat mit dem Gestein reagiert. Da die gemessenen Temperaturen in einer Tiefe von knapp \u00fcber 1000 Metern immer noch bei ca. 90\u00b0C lagen, und somit im Bereich, wo mikrobielle Aktivit\u00e4t m\u00f6glich ist, k\u00f6nnte entsprechend bis in diese Tiefen Leben in den Gesteinen noch m\u00f6glich sein.<\/p>\n

Zudem hat die intensive Wechselwirkung von Meerwasser mit dem Gestein direkt am Meeresboden zu starker Oxidierung gef\u00fchrt. Einige der Gesteine, die aus sehr geringen Tiefen stammen, sind fast rostrot und entsprechend schon sehr stark verwittert. Hier konnten wir einen Trend sehen, dass diese Meeresbodenverwitterung bis zu einer Tiefe von ca. 200 m abnahm und danach fast nicht mehr erkennbar war. Dies ist eine Beobachtung, die man bisher, aufgrund der viel geringeren Bohrtiefen, noch nicht machen konnte.<\/p>\n

Auch hat mich die Variabilit\u00e4t und das Auftreten von unterschiedlichsten Texturen immer wieder erstaunt. Sie alle sind hinweise darauf, wie komplex die Prozesse sind, die im Meeresboden ablaufen und wir vieles immer noch nicht verstehen.<\/p>\n

Als letztes fand ich zudem erstaunlich, \u00fcber welche L\u00e4nge die Bohrkerne noch intakt waren. Das heisst es gab 1.5 Meter lange Bohrkerne, bei denen das Gestein nicht zerbrochen war und entsprechend die urspr\u00fcnglichen Texturen noch sehr gut nachvollziehbar sind.<\/p>\n

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