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RV METEOR M72/3a+b
M72/3a: Istanbul – Trabzon (16. März – 03. April 2007)
M72/3b: Trabzon – Istanbul (04. April – 23. April 2007)
Übersicht
Während der Fahrt (MARGASCH II) wurde die Verteilung und die Dynamik von Gashydrat- vorkommen und flüchtigen Kohlenwasserstoffen an aktiven Fluid-Austrittsstellen sowie in Gebieten ohne Fluid-Austritte im östlichen Schwarzen Meer untersucht. Oberflächen-nahe Gashydrate sind für Klimafragen, Sedimentstabilitäten und geobiologische Prozesse besonders relevant und wurden interdisziplinär mit verschiedenen hochauflösenden geophysikalischen, geochemischen und geologischen Methoden erforscht.
Arbeitsgebiete
Für die Untersuchungen eignete sich das überwiegend anoxische Schwarze Meer hervorragend, da es das Randmeer mit den höchsten Methankonzentrationen ist, die durch mehrere hundert Methan-Seeps gespeist werden. Während der Fahrtabschnitte M72/3a und 3b wurden unterschiedliche geologische Strukturen im östlichen Schwarzen Meer untersucht werden. Zielgebiete waren aktive Gas- und Öl-Seeps nahe Batumi (Georgien) und Schlammvulkane im Sorokin Trog (Ukraine).
Abb. 1 Cruise Track der Reise METEOR 72/3a und 3b. Als Hauptarbeitsgebiete wurden Seep-Lokationen vor der georgischen Küste und Schlammvulkane im Sorokin Trog östlich der Krim-Halbinsel gewählt.
In den Arbeitsgebieten wurden Gashydrat-Vorkommen mit verschiedenen seismischen Verfahren abgebildet, um deren Dimensionen und Geometrien beschreiben und Förderkanäle aus dem Untergrund lokalisieren zu können. Diese Arbeiten wurden zusammen mit den Kartierungen am Meeresboden durch das ROV ''QUEST 4000m'', sowie durch Arbeiten in der Wassersäule und den Beprobungen von Gashydraten und Sedimenten, die die engräumige Verteilung und Quantifizierung der verschiedenen Methanphasen im Sediment aufzeigten, durchgeführt. Eine große Bedeutung für die Methan-Quantifizierung haben die neuen Autoklav-Geräte, die es ermöglichten, die wahren Methankonzentrationen im Sediment zu messen und zwischen Gas- und Hydratphasen zu unterscheiden.
ROV ''QUEST4000m'' während des Aussetzens
Einsatz des Dynamic Autoclave Piston Corers (DAPC)
Wissenschaftliches Programm
Die Expedition M72/3 wurde in zwei Abschnitte aufgeteilt, bei denen Arbeiten mit verschie- denen Großgeräte wie Sidescan Sonar-Vermessungen, seismische Untersuchungen, ROV- Arbeiten und der Einsatz von Autoklav-Technologie die Schwerpunkte bildeten.
Wichtigstes Einsatzgerät während des ersten Fahrtabschnittes (M72/3a) war das ROV QUEST, das nicht nur die exakte Beprobung zulässt, sondern auch eine Lokalisierung von Blasen- austritten am Meeresboden mit dem QUEST-eigenen Sonar ermöglichte. Zur Beprobung mit QUEST standen neben den Standardgeräten auch ein auf QUEST angepasster Autoklav, mit dem Proben am Meeresboden unter in-situ Druck verschlossen werden konnten, zur Verfügung. Zusätzlich wurden Beprobungen mit konventionellen (TV-MUC) und Autoklav- (DAPC)-Kerngeräten, sowie akustisches Imaging von Methan-Flares durchgeführt.
Auf dem zweiten Fahrtabschnitt (M72/3b) wurden die während M72/3a untersuchten Lokationen erneut angefahren, um intensive Arbeiten mit Sidescan Sonar und Mehrkanal- seismik durchzuführen. Weiterhin wurde ein mobiler Computertomographie (CT)-Scanner, der die Bestimmung der Struktur und Textur gashydrathaltiger Sedimente im direkten Anschluss an die Bergung der Kerne mit dem DAPC ermöglichte, an Bord eingesetzt. Im Anschluss an die CT-Untersuchungen wurde eine quantitative Entgasung der Autoklavkerne durchgeführt, um die Gesamtmengen an Methan und Methanhydrat zu erfassen. Zusätzliche Beprobungen mit üblichen Kerngeräten sollen das Arbeitsprogramm ergänzen.
Wichtigstes Einsatzgerät während des ersten Fahrtabschnittes (M72/3a) war das ROV QUEST, das nicht nur die exakte Beprobung zulässt, sondern auch eine Lokalisierung von Blasen- austritten am Meeresboden mit dem QUEST-eigenen Sonar ermöglichte. Zur Beprobung mit QUEST standen neben den Standardgeräten auch ein auf QUEST angepasster Autoklav, mit dem Proben am Meeresboden unter in-situ Druck verschlossen werden konnten, zur Verfügung. Zusätzlich wurden Beprobungen mit konventionellen (TV-MUC) und Autoklav- (DAPC)-Kerngeräten, sowie akustisches Imaging von Methan-Flares durchgeführt.
Auf dem zweiten Fahrtabschnitt (M72/3b) wurden die während M72/3a untersuchten Lokationen erneut angefahren, um intensive Arbeiten mit Sidescan Sonar und Mehrkanal- seismik durchzuführen. Weiterhin wurde ein mobiler Computertomographie (CT)-Scanner, der die Bestimmung der Struktur und Textur gashydrathaltiger Sedimente im direkten Anschluss an die Bergung der Kerne mit dem DAPC ermöglichte, an Bord eingesetzt. Im Anschluss an die CT-Untersuchungen wurde eine quantitative Entgasung der Autoklavkerne durchgeführt, um die Gesamtmengen an Methan und Methanhydrat zu erfassen. Zusätzliche Beprobungen mit üblichen Kerngeräten sollen das Arbeitsprogramm ergänzen.
Übersetzen des Computer-Tomographie Trailers auf FS METEOR im Hafen von Trabzon
Forschungsziele
Übergeordnetes Ziel der Untersuchungen während M72/3a und 3b war ein besseres Verständnis der Dynamik von Methan und Gashydrat in Sedimenten des Schwarzen Meeres. Ferner sollten die Quellen des Methans, die Verteilung und Flüsse vom Sediment in die Wassersäule untersucht werden. Der Schwerpunkt der Arbeiten lag daher auf der Gashydrat- Übergangszone, d. h. der Region um 700 m Wassertiefe, in der die Grenze des Gashydrat-Stabilitätsfeldes und des Meeresbodens zusammentreffen. Die Untersuchungen zeigten, dass Gashydrate auch in Sedimenten von Schlammvulkanen des tiefen Schwarzen Meeres sehr nahe an der Gashydrat-Stabilitätskurve vorkommen, da höhere Wärmeflüsse und salzreiches Wasser diese deutlich verschieben (Bohrmann et al., 2003).
Im Einzelnen wurden während M72/3a und 3b folgende Ziele verfolgt:
• Quantitative Erfassung der Verteilung oberflächennahen Gashydrats mit Hilfe von Sidescan Sonar-Vermessungen und anderen kartierenden Verfahren, wie TV-Schlitten-Profilierung, ROV-Kartierung einschließlich „Mosaicking“.
• Erstellung hochauflösender Abbildungen der Untergrundstrukturen (Förderkanäle, Schlammaufstiegswege, Diapirstrukturen, sowie Gas- und Gashydrat-Akkumulationen) durch mehrkanalseismische Untersuchungen.
• Bestimmung der Struktur und Textur gashydrathaltiger Sedimente mit Hilfe der Computertomographie an Autoklav-Kolbenlot- und Autoklav-Multicorer-Kernen unter in-situ Druckbedingungen. Neben der Quantifizierung des Gashydratanteils im Sediment wird auch die Menge an freiem Gas analysiert und die Verteilung über die Tiefe erfasst. Die Daten bilden die Basis für eine Interpretation der Dynamik von Methan- und Gashydrat-Vorkommen in oberflächennahen Sedimenten.
• Beschreibung des Schicksals der gelösten und adsorbierten Anteile von Methan der Sedimente im Autoklaven bzw. Subautoklaven mit Hilfe einer quantitativen Entgasung.
• Charakterisierung der Gashydrat-Dynamik, Karbonatbildung, Flussraten und Porenwasserchemie und ihrer drei-dimensionalen Verteilung mittels geochemischer und modellierender Methoden.
Im Einzelnen wurden während M72/3a und 3b folgende Ziele verfolgt:
• Quantitative Erfassung der Verteilung oberflächennahen Gashydrats mit Hilfe von Sidescan Sonar-Vermessungen und anderen kartierenden Verfahren, wie TV-Schlitten-Profilierung, ROV-Kartierung einschließlich „Mosaicking“.
• Erstellung hochauflösender Abbildungen der Untergrundstrukturen (Förderkanäle, Schlammaufstiegswege, Diapirstrukturen, sowie Gas- und Gashydrat-Akkumulationen) durch mehrkanalseismische Untersuchungen.
• Bestimmung der Struktur und Textur gashydrathaltiger Sedimente mit Hilfe der Computertomographie an Autoklav-Kolbenlot- und Autoklav-Multicorer-Kernen unter in-situ Druckbedingungen. Neben der Quantifizierung des Gashydratanteils im Sediment wird auch die Menge an freiem Gas analysiert und die Verteilung über die Tiefe erfasst. Die Daten bilden die Basis für eine Interpretation der Dynamik von Methan- und Gashydrat-Vorkommen in oberflächennahen Sedimenten.
• Beschreibung des Schicksals der gelösten und adsorbierten Anteile von Methan der Sedimente im Autoklaven bzw. Subautoklaven mit Hilfe einer quantitativen Entgasung.
• Charakterisierung der Gashydrat-Dynamik, Karbonatbildung, Flussraten und Porenwasserchemie und ihrer drei-dimensionalen Verteilung mittels geochemischer und modellierender Methoden.
Literatur
Abegg F., Hohnberg H.-J., Pape T., Bohrmann G., Freitag J. (subm.) Development and application of pressure core sampling systems for the investigation of gas and gas hydrate bearing sediments. Deep Sea Research I.
Blinova, V., M. Ivanov and G. Bohrmann (2003). "Hydrocarbon gases in deposits from mud volcanoes in the Sorokin Trough, north-eastern Black Sea." Geo-Marine Letters 23: 250-257.
Bohrmann, G., M. Ivanov, J.-P. Foucher, V. Spiess, J. Bialas, J. Greinert, W. Weinrebe, F. Abegg, G. Aloisi, Y. Artemov, V. Blinova, M. Drews, F. Heidersdorf, A. Krabbenhöft, I. Klaucke, S. Krastel, T. Leder, I. Polikarpov, M. Saburova, O. Schmale, R. Seifert, A. Volkonskaya and M. Zillmer (2003). "Mud volcanoes and gas hydrates in the Black Sea: new data from Dvurechenskii and Odessa mud volcanoes." Geo-Marine Letters 23: 239-249.
Heeschen, K.U., H.-J. Hohnberg, F. Abegg, M. Haeckel, M. Drews, G. Bohrmann (2007) "In situ hydrocarbon concentrations from pressurized cores in surface sediments, Northern Gulf of Mexico." Marine Chemistry 107:498-515.
Klaucke, I., H. Sahling, D. Bürk, W. Weinrebe and G. Bohrmann (2005). "Mapping deep-water gas emissions with sidescan sonar." EOS, Transactions, 86: 341-352.
Klaucke, I., H. Sahling, W. Weinrebe, V. Blinova, D. Burk, N. Lursmanashvili and G. Bohrmann (2006). "Acoustic investigation of cold seeps offshore Georgia, eastern Black Sea." Marine Geology 231: 51-67.
Krastel, S., V. Spiess, M. Ivanov, W. Weinrebe, G. Bohrmann, P. Shashkin and F. Heidersdorf (2003). "Acoustic investigations of mud volcanoes in the Sorokin Trough, Black Sea." Geo-Marine Letters 23: 230-238.
Wagner-Friedrichs M, Krastel S, Spiess V, Ivanov M, Bohrmann G & Meisner L (subm.) 3D seismic investigations of the Sevastopol mud volcano in correlation to gas/fluid migration pathways and gas hydrates occurrences in the Sorokin Trough (Black Sea). G-cubed.
Wagner-Friedrichs M, Meisner L, Krastel S & Spiess V (subm.) Characterization of Mud volcanoes in the Sorokin Trough (Black Sea) from acoustic data. Marine Geology.
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Wagner-Friedrichs M, Krastel S, Spiess V, Ivanov M, Bohrmann G & Meisner L (subm.) 3D seismic investigations of the Sevastopol mud volcano in correlation to gas/fluid migration pathways and gas hydrates occurrences in the Sorokin Trough (Black Sea). G-cubed.
Wagner-Friedrichs M, Meisner L, Krastel S & Spiess V (subm.) Characterization of Mud volcanoes in the Sorokin Trough (Black Sea) from acoustic data. Marine Geology.
Förderung
Die Arbeiten während der Fahrtabschnitte M72/3a und 3b (MARGASCH II) sind Teil des BMBF-Verbundprojektes METRO, das im Rahmen des Sonderprogramms „Geotechnologien“ im Themenbereich „Gashydrate im Geo-/Biosystem“ finanziert wird, und ein Projekt der Deutsch-Russischen Fachvereinbarung zur ‚Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Meeres- und Polarforschung’ darstellt. Die Untersuchungen bauen auf den in 2004 und 2005 durchgeführten Expeditionen FS Poseidon P317/4 und FS Professor Logatchev TTR-15 auf.
Hochauflösender Mehrkanalstreamer
Seismisches Profil vom Sorokin Trog, Schwarzes Meer
PARASOUND Echogramm eines aktiven Gebiets im Schwarzen Meer. Dies wird verwandt, um Methanaustritte aufzuspüren und zu lokalisieren.
Präparation einer Gasprobe