Weekly Reports

1. Wochenbericht, 16.8 - 23.8.2000

Die vorbereitenden Arbeiten zur Sonne Expedition SO 149 liefen bereits am 15.8. mit dem Ausladen eines Containers an, so daß am 16.8. mit Bezug der Kammern auf dem Schiff auch gleichzeitig begonnen werden konnte, die Labors aufzubauen. Glücklicherweise war der Bremer Seismikcontainer und die Streamerwinde nach kompliziertem Schiffs- und Straßentransport von Walvis Bay, Namibia, über Newark, USA, und quer durch den nordamerikanischen Kontinent noch rechtzeitig eingetroffen, so daß einer schwerpunktmäßig seismischen Meßfahrt vor der pazifischen Küste Kanadas und der nördlichen USA im Cascadia Becken nichts mehr im Wege stand. Auch die Geräte zur Insitu-Messung physikalischer Sedimenteigenschaften am Meeresboden trafen mit der zweiten Lieferung am 16.8. wohlbehalten ein. Mit tatkräftiger Unterstützung der Besatzung gelang es, alles schnell zu verstauen, so daß wir bereits in der Nacht den ohnehin für den nächsten Morgen vergebenen Liegeplatz verlassen konnten und die Juan de Fuca Straße auf dem Weg zum Testgebiet vor Vancouver Island passierten.

Nachdem die Labors im Verlaufe des 17. August funktionsfähig waren, konzentrierten wir uns auf die seismischen Quellen. Hier sollten von uns erstmals parallel vier Quellen - zwei kleinvolumige Waterguns von 0.16 L Volumen, eine kleinvolumige (Doppelkammer-) Gl Gun von 0.4 L und eine großvolumige Gl Gun von 1.7 L eingesetzt werden. Die Waterguns wurden mit Magnetikausleger und Seitenkran auf einen Querabstand von 25 Meter und auf gleiche Hohe zu den Gl Guns gebracht, die mit dem A-Rahmen zu Wasser gelassen wurden. Diese Konfiguration wurde im Verlauf des 18. optimiert, urn die Belastung der Versorgungsleitungen zu minimieren und auch enge Kurvenfahrten zu ermöglichen. Einige Testprofile in der Nacht vom 18. und am Morgen des 19. zeigten, daß die Konfiguration für den Dauereinsatz geeignet schien, allerdings auch noch Wartungsarbeiten am Streamer zu absolvieren waren. Außerdem entschieden wir uns kurzfristig, in einem kleineren Areal - das unsere kanadischen Kooperationspartner von Pacific Geoscience Center (PGC), Victoria, vorgeschlagen hatten - eine engräumige Vermessung durchzufuhren, die uns gleichzeitig wichtige Erkenntnisse lieferten für die Anlage von kleinsträumigen Vermessungen, wie sie auf dieser Forschungsfahrt geplant sind, wie zum Beispiel über den minimalen Kurvenradius, die Kurvengeschwindigkeit oder zum Streamerverhalten bei Kurvenfahrt. Diese Vermessung wurde in der Nacht des 19. August beendet, so daß wir uns planmäßig auf den Weg zu den ersten Meßprofilen im Cascadia Becken machen konnten.

Die Expedition SO 149 findet in enger Kooperation mit amerikanischen und kanadischen Kollegen der Universitäten Santa Cruz, Honolulu, Fairbanks, Miami und des PGC statt und zielt darauf ab, den Weg von Fluiden in den Sedimenten und in der ozeanischen Kruste des Cascadia Beckens zu verfolgen. Dazu werden von deutscher Seite die reflexionsseismischen, echographischen und hydroakustischen Messungen sowie Insitu Bestimmungen physikalischer Sedimenteigenschaften beigesteuert, während sich die Internationale Crew auf dem amerikanischen Forschungsschiff THOMPSON aus den USA, Kanada, Großbritannien und Frankreich, auf die geologische und geochemische Beprobung sowie die Messung des Wärmetransports durch den Meeresboden konzentriert. Da eine wesentliche Abhängigkeit des Stoffaustausches von der Lage des ozeanischen Basement bzw. der Sedimentmächtigkeit besteht, waren unsere ersten Meßprofile darauf ausgelegt, eine Übersicht über das geplante Meßgebiet zwischen 47°10'N und 48°N und zwischen dem Akkretionskeil und dem sedimentfreien aktiven Rücken zu erlangen und die in den Jahren 1995 und 1996 gesammelten Daten von R/V TULLY und während der SONNE Fahrt SO 111 zu ergänzen. So soll für die Kollegen auf der THOMPSON eine Planungsgrundlage geschaffen werden, um optimale Beprobungsorte zu finden.

Auf diesen Programmteil konzentrierten sich unsere Aktivitäten der letzten drei Tage, in denen wir die ozeanische Kruste auf morphologische Anomalien absuchten und insbesondere eine Reihe von Seamounts besuchten, wie etwa 'Grizzly Bare' und 'Grinnin' Bare', die für den Fluidaustausch aufgrund ihrer hohen Durchlässigkeit besonders wichtig sind. Auch die bereits besser untersuchten 'Outcrops', d.h. aus dem Meeresboden herausragende Teile der ozeanischen Kruste, wie 'Baby, Mama und Papa Bare', wurden in die Vermessungen einbezogen bzw. stehen für die zweite Arbeitswoche auf dem Vermessungsprogramm, in die wir nach dem erfolgreichen Beginn und den störungsfreien ersten Meßtagen mit Zuversicht blicken.

2. Wochenbericht, 24.8 - 31.8.2000

In der zweiten Arbeitswoche der SO 149 Expedition führten wir zunächst weitere seismische Übersichtsmessungen in der Nähe der Bare Seamounts durch, die bereits früher als Quellen warmen, aus der ozeanischen Kruste stammenden Wassers identifiziert worden waren. Dort existiert auch ein ODP Bohrvorschlag mit dem Ziel, die hydraulischen Eigenschaften der ozeanischen Kruste weiter zu untersuchen. In diesem Gebiet interessiert insbesondere die Frage, auf welchem Wege das Wasser zu diesen 'Outcrops' gelangt, die einige zehn bis hundert Meter aus dem sedimentbedeckten Meeresboden ragen. Während die gängige Meinung das aktive Rückensystem favorisierte, zeigten jüngste geochemische Untersuchungen, daß auch rückenparallele Fluidbewegungen eine Rolle spielen müssen. Insofern ist ein wesentliches Ziel unserer Arbeiten, verschiedene weitere Erhebungen der ozeanischen Kruste unter der Sedimentbedeckung aufzuspüren, um diese Prozesse besser und an möglichst vielen Stellen fassen zu können.

Die Neugier der amerikanischen Kollegen auf der R/V Thompson weckten vor allem solche Erhebungen der ozeanischen Kruste, die gerade eben von Sediment bedeckt waren, so daß nur ein kurzer Abstand zwischen der vermutlich warmen Kruste und dem Meeresboden besteht. Hier ist mit besonders starkem Fluidaufstieg zu rechnen, und in der Tat konnten die Geochemiker der R/V Thompson auf der Grundlage unserer Vermessungen eine Stelle finden, an denen ungewöhnlich hohe Aufstiegsraten von vermutlich mehreren Zentimetern pro Jahr zu beobachten sind.

Nach zweitägigen Vermessungsarbeiten im Bereich der Bare Seamounts machten wir uns dann zu einem weiteren wichtigen Arbeitsgebiet auf, das als "erster sedimentierter Rucken' bezeichnet wird. Dort liegen nur geringmächtige Sedimente auf der Kruste und ODP Bohrungen der Bohrfahrt 168 sowie Messungen an einzelnen Sedimentkernen hatten gezeigt, daß ebenfalls Fluide diese sedimentäre Decke durchströmen. Die eigenen Arbeiten vor 4 Jahren auf der Sonne Fahrt SO 111 hatten deutliche Hinweise für eine seismische Ausprägung dieser Aufstiegszonen als vertikale transparente Zonen ergeben, die nun durch eine detaillierte räumliche Vermessung in Verbindung mit gezielter geologischer und geochemischer Beprobung verifiziert werden sollten. Neben einer Ausdehnung der SO 111 Seismik nach Süden stand vor allem die erste dreidimensionale Strukturaufnahme der Reise auf dem Programm, die eine genaue Flachen- und Volumenabschätzung liefern sollte und außerdem das Ziel hatte, eine detaillierte Aufnahme der Morphologie der ozeanischen Kruste vorzunehmen. Nach 4 Tagen systematischer Verdichtung der Profilnetze auf einen minimalen Abstand von 25 Metern in einem Kernbereich von über einem Kilometer schlossen wir dann die Vermessungen vorzeitig ab, um dem schlechter werdenden Wetter auszuweichen und den geplanten Zwischenstopp in Küstennahe zur Aufnahme von drei Wissenschaftlern durchzuführen. Ein erneuter Besuch während der zweiten Reisehälfte soll das aus mehr als 150 Profilen bestehende Meßnetz komplettieren. So machten wir uns im Verlauf des 31.8. auf den Rückweg durch die Juan de Fuca Straße, der uns gleichzeitig eine kleine Verschnaufpause im Meßbetrieb und Zeit für die Gerätewartung ermöglichte. Die Kanonen hatten mit kurzen Unterbrechungen beinahe 14 Tage kontinuierlich gearbeitet und bedurften einer gründlichen Reinigung, Schmierung und des Tausches zahlreicher Dichtungsringe, die durch viele zehntausend Schüsse abgenutzt waren. Auch die Aufhängungen waren zu erneuern, und so ist die Zeit bis zum nächsten geplanten Geräteeinsatz am 1.9. schon recht knapp bemessen.

3. Wochenbericht, 1.9 - 8.9.2000

Die dritte Arbeitswoche begann am Abend des 1. September, nachdem wir am Morgen drei neue Fahrtteilnehmer vor Victoria aufgenommen hatten. Nach einer kurzen Vermessungsfahrt waren die Geräte für die auf dem zweiten Abschnitt der Reise geplanten Insitu Messungen von elektrischer Leitfähigkeit, Wärmestromdichte und Temperaturgradient in Oberflächensedimenten einsatzbereit und konnten getestet werden. Dazu wurde ein kombiniertes Meßprofil aufgenommen, das solche akustischen Anomalien zeigte, wie sie im Folgenden auf der Reise gezielt untersucht werden sollten. Dort nämlich, so war die Annahme, sind die rückgestrahlte Energie von Echolot und Seismik schwacher, weil der Wassergehalt durch Aufstieg von Fluiden erhöht ist. Ein entsprechender Zusammenhang deutete sich auch in den Daten an, obwohl für genaue Aussagen noch weitere Auswertungen und Vergleiche erforderlich sein werden. Im Verlauf des 3. September liefen wir dann wieder zurück in das Cascadia Becken. 

Auf dem Weg dorthin stand noch die Vermessung einer bislang unbekannten Erhebung des ozeanischen Basement auf dem Programm, die wir auf Bitte unserer amerikanischen Partner in das Programm aufgenommen hatten. Für eine Bilanzierung von Fluidaustausch zwischen Meer und ozeanischer Kruste ist es nämlich ganz entscheidend, möglichst viele Stellen zu kennen, wo eine direkte hydraulische Verbindung besteht. Der neue 'Outcrop' lag naher als andere an den 1996 abgeteuften Bohrungen von ODP Leg 168 und war damit ein wichtiger Kandidat für Ein- oder Ausstrom von Fluiden - die genauen Zusammenhänge sind Anlaß zahlreicher Spekulationen und Hypothesen und sollen durch die intensive geochemische Beprobung der R/V Thompson präziser erfaßt werden.

Am 4.9. kamen wir dann wiederum in dem Gebiet der 'Bare' Seamounts an und setzten dort die Arbeiten mit einer engräumigen Vermessung einer vorgeschlagenen ODP Position für ein hydraulisches Experiment fort. Daran schloß sich in der Nacht zum 5.9. ein Transekt von engständigen Insitu Messungen über einer Struktur namens 'Wuzza' Bare an, die nach unserem Vorschlag von den amerikanischen Kollegen bereits aufgesucht worden war. Dort zeigten sich extreme Temperaturanomalien - in 3 Meter Teufe war es bereits 10°C warm, und Insitu Sedimenteigenschaften, die wohl auf einen extrem kleinräumigen Fluidaustritt hindeuten. Im Echolot eine kaum wahrnehmbare Anomalie der Reflexionsmuster, zeigte sich in der Seismik eine Hochlage der ozeanischen Kruste bis dicht unter die Sedimentoberfläche.

Die Insitu Messungen wurden dann im wichtigsten Arbeitsgebiet der Expedition, dem 'ersten sedimentierten Rucken' der Juan de Fuca Platte, fortgesetzt. Zwei weitere Arbeitstage schlossen sich an mit einer sehr detaillierten Vermessung von Profilen über vermuteten Fluidaufstiegszonen. Die Kollegen auf der R/V Thompson waren ebenfalls im Arbeitsgebiet anwesend und es kam zu einem regen Informationsaustausch über die aktuellen Ergebnisse von Beprobung, geochemischen Analysen und Wärmestromdichtemessungen. Für den 7.9. hatten wir außerdem vorgesehen, einen gegenseitigen Besuch zu organisieren, um vor allem auch gemeinsam die Ergebnisse der seismischen Vermessungen zu diskutieren, die im weiteren die Grundlage für die Beprobungen darstellen sollten. Leider machten uns die zunehmend stürmischeren Wetterbedingungen einen Strich durch die Rechnung. Daher nutzten wir eine alte - vermutlich in der modernen Forschung fast in Vergessenheit geratene Technik - um die papiernen Informationen in Form großformatiger seismischer Profile zu übermitteln - die Flaschenpost! Ein mit Auftriebskörpern versehenes Kunststoffrohr wurde von unseren Partnern über Bord geworfen und von uns aufgefischt, mit einem dicken Stapel Papier und CDs gefüllt, und wieder der See übergeben. Das wertvolle Gut überstand den Weg unbeschadet - auch wenn wir bedauerlicherweise die wissenschaftliche Diskussion darüber nur über Kurzwellenfunk führen konnten. Immerhin ließ sich auf diese Weise eine enge Verzahnung der weiteren Arbeitsprogramme erreichen, so daß wir auf die Zusammenführung der Ergebnisse während der nächsten Jahre und die Diskussionen auf Tagungen gespannt sein dürfen - eine erste gemeinsame Präsentation wird bereits im Dezember stattfinden.

Trotz der etwas widrigen Wetterbedingungen konnten wir aber unsere Arbeiten wie geplant durchfuhren und grüßen daher mit Optimismus und Hoffnung auf einen Silberstreif am morgigen Tag aus dem Cascadia Becken.

4. Wochenbericht, 9.9 -16.9.2000

Nachdem wir in dem Bereich des ersten sedimentierten Ruckens in der vergangenen Woche auf Tuchfühlung mit unseren amerikanischen Partner - sie unterbrachen sogar bereitwillig eine Meßstation für unsere seismische Profilfahrt - arbeiteten, um das gemeinsame Projekt durch intensiven Informationsaustausch zu optimieren, trennten sich in der letzten Arbeitswoche endgültig unsere Wege.

Im Verlauf des 8.9. machten wir uns auf den Weg zum Middle Valley, einem Teil des aktiven mittelozeanischen Rückensystems, an das die Juan de Fuca Platte angrenzt. Dort stand dasselbe Arbeitsthema wie in den anderen Meßgebieten, die Migration von Fluiden in Sedimenten, auf dem Programm. Die Situation ist im Middle Valley aber insofern ungewöhnlich, als die Sedimente auf sehr junger und heißer Kruste liegen, so daß es leichter als an einem 'normalen' ozeanischen Rücken ist, die freigesetzen Fluide mit Beprobungen an der Oberfläche und Bohrungen in die Sedimentsäule zu studieren.

Diesmal ging es auch nicht mehr um geringe Aufstiegsraten von Millimetern bis zu wenigen Zentimetern pro Jahr und nicht um Fluidtemperaturen von unter 50 Grad Celsius in der Kruste und deutlich weniger an der Sedimentoberfläche, wie in den ersten drei Wochen, sondern um Hydrothermalsysteme mit Temperaturen von über 200 Grad Celsius (u.a. 'Black Smokern"), die mit intensivsten Sedimentveränderungen durch Mineral- und Erzfüllungen einher gehen. Dort sollte mit Hilfe der hochauflösenden Seismik versucht werden, den Weg der heißen Fluide durch die Sedimentsäule zu verfolgen und gleichzeitig auf einigen Übersichtsprofilen ein Verständnis für die treibenden Kräfte sowie die plattentektonischen Strukturelemente in dieser komplexen Region zu gewinnen. Beides gelang aus unserer Sicht mit sehr eindrucksvollen Daten, die gegenüber den Mitte und Ende der achtziger Jahre gewonnenen mehrkanalseismischen Daten zur Vorbereitung von zwei ODP Bohrfahrten (139 und 169) einen solchen Zuwachs an Detailinformation über Sedimentalteration, mehrphasige Krustentektonik, die sich deutlich in sedimentären Strukturen abbildet, und Veränderung der Sedimenteigenschaften an Fluidaustrittsstellen und in den Aufstiegskanälen versprechen, daß wir der Auswertung auch dieser Datensätze bereits jetzt mit Spannung entgegenfiebern. Vier Tage verbrachten wir mit der seismischen Vermessung, die die nach dem schlechteren Wetter der letzten Wochen unter einem besonders günstigen Stern stand, da die See spiegelglatt war und die Winde schwach blieben. Die an Bord gesichteten Daten zeigten daher bereits eine sehr hohe Qualität und erlaubten uns die präzise Festlegung eines Areals von wenigen Quadratkilometern Ausdehnung, in denen wir dann Profile in Abständen von nur noch 25 bis 50 Metern anlegten, um die hydrothermalen Felder von nur wenigen hundert Metern Ausdehnung mit hinreichender Genauigkeit erfassen zu können. Ein letzter Arbeitstag vom 13. auf den 14. September stand dann noch zur Verfügung, um Insitu Messungen sedimentphysikalischer Parameter in zwei ausgewählten Aufstiegszonen durchzufuhren. Sie waren wie in den anderen Arbeitsgebieten darauf angelegt, den Zusammenhang zwischen der beobachteten Abschwächung der Reflexionsenergie in engbegrenzten, vermuteten Aufstiegszonen und den tatsächlichen Bodeneigenschaften herstellen zu können - eine Arbeit, die aber mit den neuen Daten erst in den nächsten Wochen und Monaten beginnen kann.

Am Morgen des 14.9. wurden auch die letzten Geräte an Deck gebracht. Am Ende der sehr erfolgreichen Reise stand dann ein nur kurzer Transit, der gerade genug Zeit für das Einpacken der Geräte und Verstauen im Container ließ. Das Festmachen sollte am 15.9. bereits um 6 Uhr morgens erfolgen, um die in den folgenden Tagen geplante Übernahme und den Einbau schwerer Ersatzteile für die Schiffsmaschine zu ermöglichen. Das Reiseende gibt auch Anlaß, die besonders gute Zusammenarbeit mit der Besatzung und die professionelle (inklusive der kulinarischen) Betreuung unserer Arbeiten hervorzuheben. Nur so kann unsere an Bord immer sehr intensive Arbeit letztendlich zum Erfolg führen - den wir im übrigen auf dieser Reise als sehr hoch einschätzen. Wir freuen uns daher bereits auf ein nächstes Mai!