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METEOR 192
METEOR- Expedition M 192-1/2
Piräus (Griechenland) - Limassol (Zypern)
08.08.23 - 05.09.23
Kontakt /Fahrtleitung: Solveig I. Bühring
mitverantwortlich: Andrea Koschinsky und Wolfgang Bach
Wochenberichte
Gestrichelte Polygone zeigen die geplanten Arbeitsgebiete vor der griechischen Insel Milos für die METEOR-Ausfahrten M192/1-192/2
Autonomous underwater vehicle MARUM SEAL
Remotely operated vehicle MARUM SQUID
Diese Forschungsfahrt ist ein Spin-Off-Projekt der DFG-Emmy-Noether-Gruppe Hydrothermale Geomikrobiologie (Leitung: S.I. Bühring), das sich auf die Untersuchung des hydrothermalen Flachwassersystems vor Milos konzentrierte. Die reduzierten hydrothermalen Fluide aus dem Erdinneren und das oxidierte Meerwasser bilden eine funktionale Schnittstelle mit vielfältigen ökologischen Nischen für Mikroorganismen, deren vorherrschende extreme Bedingungen auch vielfältige Anpassungsmechanismen von den Bewohnern verlangen. Wir werden die Geologie, Geochemie und Mikrobiologie hydrothermaler Systeme entlang eines Transekts von der flachen, küstennahen, photischen bis zur tiefen, küstenfernen, aphotischen Zone untersuchen. Dies wird entlang des Hellenischen Bogens geschehen, einer Subduktionszone mit bekannter hydrothermaler Aktivität. Die Ägäis bietet ideale Bedingungen, um die submarine hydrothermale Aktivität im Übergang zwischen Flach- und Tiefwasser sowie den Einfluss der Wassertiefe auf biologische Prozesse und die Vielfalt zu untersuchen. Wir beabsichtigen, die Veränderungen in der Chemie der Fluide und der damit verbundenen mikrobiellen Vielfalt und Funktion mit zunehmender Tiefe und Entfernung vom Land zu dokumentieren und die relative Bedeutung der Chemosynthese und die Abhängigkeit der Tiere von symbiotischen Verbindungen mit Mikroorganismen mit zunehmender Tiefe zu untersuchen.
Bislang wurden Flachwasser- und Tiefseehydrothermalsysteme als unabhängige, scheinbar nicht miteinander verbundene Einheiten behandelt; diese Expedition ist ein erster Versuch, diese willkürliche Grenze aufzuheben und Hydrothermalsysteme als Kontinuum zu untersuchen.
Die geplanten Arbeiten bestehen aus 2 Teilen:
(1) Kartierung hydrothermaler Quellen mit Hilfe des Fächerecholots an Bord, des AUV MARUM-SEAL 5000 und des CTD-Wasserschöpferrosette, und
(2) Beprobung (für Geochemie und (Mikro-)Biologie) von Hydrothermalquellen und ihren Fahnen in einem Transekt von flachen zu tieferen Stellen mit einem CTD-Wasserschöpferrosette, In-situ-Pumpen und ROV MARUM-SQUID.
Teilnehmende Institutionen:
MARUM Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen
Constructor University Bremen gGmbH, Department of Physics & Earth Sciences
Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM), Universität Oldenburg
GeoZentrum Nordbayern, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
National & Kapodistrian University of Athens, Department of Geology & Geoenvironment
Hellenic Centre for Marine Research, Institute of Marine Biology, Biotechnology and Aquaculture (IMBBC)
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen
GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research
Wissenschaftliches Programm
Das wissenschaftliche Programm für M192 ist in 5 Bereiche unterteilt:
1. Kartierung mit Fächerecholot und AUV:
Die bathymetrische Kartierung wird wesentliche Informationen für ein besseres Verständnis des hydrothermalen Systems vor Milos liefern. Das schiffseigene Kongsberg EM 710 und der Parasound Subbottom Profiler werden zur Erstellung einer Übersichtskartierung eingesetzt. Darüber hinaus wird mit dem MARUM-SEAL 5000, einem autonomen Unterwasserfahrzeug (AUV), das mit einem Fächerlot- und Sidescan-Sonarsystem ausgestattet ist, die Mikro-Bathymetrie ausgewählter Bereiche des Meeresbodens erstellt. AUV-gestützte Sidescan-Daten sind auch in der Lage, Gasfackeln in der Wassersäule aufzuspüren, was zur genauen Lokalisierung von Emissionspunkten am Meeresboden genutzt werden kann.
2. Kartierung der Hydrothermalfahnen:
Es werden CTD-Messungen (conductivity-temperature-depth) durchgeführt, um 2-dimensionale geochemische Karten der hydrothermalen Fahnenzu erstellen und die hydrothermalen Flüsse in die Wassersäule mit Hilfe der Wasserschöpferrosette zu analysieren. Durch sequentielle Filtration werden wir zwischen partikulären, kolloidalen und gelösten Phasen trennen, um biogeochemische Umwandlungsprozesse in der Flüssigkeits-See-Wasser-Mischzone zu untersuchen.
3. Geochemie der hydrothermalen Fluide:
Die Charakterisierung der Fluide ist entscheidend für das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Fluid und Gestein, der Zirkulationstiefe und der Phasentrennungsprozesse. Die konzentrierten Hochtemperatur-Flüssigkeiten werden mit isobaren Flüssigkeitsprobennehmern (KIPS: Teflon-Flüssigkeitsprobenentnahmesystem mit mehreren Ventilen zur Verwendung mit einem ROV-System) beprobt. Mit diesen gasdichten Probennehmern können wir zuverlässig die Konzentrationen gelöster Gase, einschließlich CO2 und H2, bestimmen, die für die Rekonstruktion der pH- und Eh-Bedingungen in situ entscheidend sind. Darüber hinaus werden Proben für die Geochemie der Haupt- und Spurenelemente und die Analyse des gelösten organischen Kohlenstoffs entnommen. Ein vom ROV betriebener Online-Hochtemperatursensor wird zur Bestimmung der Flüssigkeitstemperatur eingesetzt.
4. Geologie und Geochemie der hydrothermalen Gesteine:
Die Beprobung von Vulkangestein in den verschiedenen Gebieten und von hydrothermalen Präzipitaten an den Schloten mit dem ROV wird Informationen über das Alter und die Zusammensetzung der Laven liefern, aus denen die hydrothermalen Schlote bestehen. Dies wird es ermöglichen, den potenziellen Einfluss von magmatischen flüchtigen Stoffen und die Auslaugung der Gesteine durch Flüssigkeiten zu bestimmen. Die Untersuchung hydrothermaler Ausfällungen hilft bei der Bestimmung der langfristigen Entwicklung der hydrothermalen Schlote und möglicher Veränderungen der Fluidchemie über längere Zeiträume.
5. Hydrothermale Geomikrobiologie entlang eines Tiefengradienten:
Um die Veränderungen in hydrothermalen Schloten und ihre Auswirkungen auf die Geomikrobiologie entlang eines Tiefengradienten zu untersuchen, planen wir (a) die Entnahme von Fluid- und Porenwasserproben zur Untersuchung der Geochemie und (b) die Entnahme von Sedimentproben und der Fauna.
Gasdichte Flüssigkeitsprobennehmer (KIPS) werden verwendet, um wässrige Flüssigkeiten zu sammeln, die aus heißen Schloten austreten. Der Umgebungsdruck, der der Beprobungstiefe entspricht, wird im Probenehmer aufrechterhalten, nachdem das ROV an die Oberfläche zurückgekehrt ist.
Hydrothermale Sedimente werden mit ROV-Schubkernen beprobt und anschließend horizontal beprobt. Die Proben werden genutzt um die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft und ihre Funktion, sowie mikrobielle Lipidanpassungen zu analysieren. Porenwasser wird aus ROV-Schubkernen und vorgebohrten MUC-Kernen mit Rhizonen® extrahiert.
Der ROV-Manipulator wird Proben der Schlotfauna sammeln, die an Bord mit verschiedenen Methoden seziert und fixiert werden, um die Vielfalt und Häufigkeit der chemosynthetischen Symbionten zu untersuchen.