SO111 - ADVEKTSEIS

SO 111 - ADVEKTSEIS. Hydrothermal gesteuerte Advektion in Sedimenten des Juan de Fuca Rückens: Begleitende seismoakustische Untersuchungen für eine ODP Bohrkampagne

Volkhard Spiess, Heinrich Villinger - University of Bremen

Duration: 1996-06-01 to 1997-12-31, Funding: € , FKZ 03G111B

Projekt ADVEKTSEIS

Einführung und Zielsetzung

Aktive mittelozeanische Rücken sind geprägt vom Aufstieg großer Mengen heißer Magmen, die durch Abkühlung als Erguß-, Gang- und Tiefengesteine zur Bildung ozeanischer Kruste beitragen. Der Kontakt mit dem Meerwasser beschleunigt diese Abkühlung und hinterläßt ein poröses und permeables Gesteinsgerüst in Laven und Fördergängen der oberen Kruste, das die Ausbildung von Konvektionszellen für Meerwasser ermöglicht. Die Zirkulation wird primär durch die Temperaturverteilung und die Permeabilität der Gesteine gesteuert, wobei der Wärmetransport in den hydrothermalen Zellen die Temperaturgeschichte und die damit verknüpften chemischen Prozesse nachhaltig beeinflußt. Während es in der Regel in junger ozeanischer Kruste zu einem unmittelbaren Austausch mit dem Meerwasser kommen kann, ist die Situation auf dem Juan de Fuca Rücken im Nordostpazifik sehr ungewöhnlich. Durch die Kontinentnähe des aktiven Rückens, und die daraus resultierende Existenz einer mächtigen, vergleichsweise wenig permeablen Sedimentbedeckung, findet hier in einigen Abschnitten eine frühzeitige Isolierung der Konvektionszellen in der Oberkruste statt. Damit bietet sich die Möglichkeit, sowohl durch gezielte Bohrungen wie auch mit systematischen Messungen des Wärmeflusses Aussagen zu den Dimensionen der Zirkulationszellen und den dominierenden chemischen und physikalischen Prozessen zu gewinnen. Als besonders sensibel werden dabei die Übergänge zwischen unbedeckten und sedimentbedeckten Abschnitten angesehen, an denen systematische Veränderungen im Wärmefluß und den Krustentemperaturen, in der Fluidzusammensetzung und den Oberkrusten-Schallgeschwindigkeiten zu beobachten sind.

Im Rahmen der Expedition SO111 sollte mit seismoakustischen Methoden die Sedimentbedeckung über den Konvektionszellen untersucht werden, insbesondere die für die Interpretation der Wärmeflußmessungen und zur Bilanzierung des Stoffaustausches zwischen Kruste und Meerwasser in Frage kommenden Zonen mit Hinweisen auf vertikalen Fluidtransport. Obwohl die Permeabilität der sedimentären Bedeckung im Mittel verhältnismäßig gering ist, können im Prinzip dennoch kleinräumige Zonen existieren, in denen stärkere vertikale Flüsse auftreten. Solche Zonen bilden sich durch auffällige akustische Eigenschaften ab, wie sie in ähnlicher Form beispielsweise im Kongofächer beobachtet wurden. Diese Aufstiegszonen lassen sich aufgrund der geringen Ausdehnung von wenigen 10 Metern nur mit höchstauflösenden seismischen Verfahren nachweisen.

Dazu wurden das Parasound Echolot für die oberflächennahen Abschnitte und das neue mehrkanalseismische Meßsystem der Universität Bremen eingesetzt, das speziell für eine optimale laterale Auflösung bei hohen Signalfrequenzen bis in den kHz-Bereich ausgelegt ist. Eine für die Expedition vorgenommene Erweiterung des seismischen Meßsystems sollte die Voraussetzungen schaffen, eine optimale seismische Datenbasis für einen detaillierten Vergleich mit den Bohrungsdaten des unmittelbar vor der Reise zu Ende gegangenen ODP Leg 168 zu gewinnen. Damit bietet sich auch die Möglichkeit, die Seismostratigraphie bis zu einer Größenordnung von 1 Meter aufzulösen.

Die durchgeführten kleinräumigen Vermessungen bieten auch eine ausgezeichnete Möglichkeit, im Anschluß die seismischen Daten mit den zahlreichen geplanten ODP Bohrungen im Arbeitsgebiet zu korrelieren.