Wissenschaft: Hintergrund und Methoden

Die oberste Schicht unserer Erde besteht aus beweglichen Platten. Diese nennt man Kontinentalplatten oder lithosphärische Platten. Sie bewegen sich in unterschiedlicher Richtung und Geschwindigkeit, so gibt es verschiedene Formen der Plattengrenzen:

• konvergent = hier bewegen sich Platten aufeinander zu.
  Hierbei ist relevant, welches Material sich aufeinander zubewegt:
  • 2 Kontinentale Platten: Man spricht auch von Kontinent-Kontinent-Kollision.
    Im Kollisionsbereich der Platten kommt es zum Auftürmen von Gesteinsmaterial. So bilden sich an diesen konvergenten Plattengrenzen Gebirge (Orogenese), wie z.B. der Himalaya
  • Ozeanische und kontinentale Platte: Man spricht von einer Subduktionszone
    Durch die höhere Dichte der ozeanischen Kruste gegenüber der kontinentalen Kruste, taucht die ozeanische Platte unter die kontinentale ab. Das Gesteinsmaterial der ozeanischen Kruste wird durch Erhöhung von Druck und Temperatur verändert (Metamorphose) und in höheren Tiefen sogar aufgeschmolzen. Auch der Prozess der Veränderung subduzierten Gesteins, kann zur Schmelzbildung führen. Hierdurch bilden sich häufig Vulkane an Subduktionszonen. So hat sich auch der zirkumpazifische Feuerring gebildet.
    In seltenen Fällen wird ozeanische Kruste aber auch auf kontinentale Kruste gehoben (obduziert), in solchen Gebieten findet man Ophiolithe aufgeschlossen: Das sind Fragmente ehemaliger ozeanischer Lithosphäre in kontinentaler Umgebung
• transforme Plattengrenzen = hier bewegen sich Platten parallel zueinander, in entgegengesetzte Richtungen.
  Das heißt, sie reiben aneinander. Dadurch baut sich Spannung (Scherspannung) auf, die sich ruckartig lösen kann. Durch solche Prozesse werden Erdbeben hervorgerufen.
  Ein Beispiel für eine solche Plattengrenze ist die San-Andreas-Störung in Kalifornien.
• divergente Plattengrenzen = Platten bewegen sich voneinander weg.
  Bricht Kruste auseinander, spricht man von einem Grabenbruch, der sich bei weiterem Fortschritt zu einem Mittelozeanischen Rücken (MOR) entwickeln kann, an dem die Erdplatten auseinanderdriften. Bsp.: Südwestindischer Rücken

Ohne die Plattentektonik, wäre unsere Erde also nicht so, wie wir sie kennen.
Der Grund für die Bewegung der Erdplatten liegt tief im Erdmantel verborgen. Hier herrschen örtliche Unterschiede in der Temperatur vor, die zur Bildung von Konvektionszellen führen können, auch Mantelkonvektion genannt.
Durch diese Turbulenzen, werden die über dem Mantel liegenden lithosphärischen Platten in Bewegung versetzt. Unter Mittelozeanischen Rücken steigt heißer Erdmantel gegenüber seiner kühleren Umgebung auf (wie in einer Lava-Lampe), was schließlich zur lateralen Bewegung der darüberliegenden Lithosphärenplatten führt (seafloor spreading).

Druckentlastung und aufsteigendes Material führen zu einer Hebung der dortigen Gesteinsmassen. Mittelozeanische Rücken bilden somit untermeerische Gebirgszüge. Diese sind auf der ganzen Erdkugel verteilt, hängen alle miteinander zusammen und haben eine Gesamtlänge von 60.000 km.

Die Mantelschmelzen treten am MOR am Meeresboden aus und bilden dort Basalte. Diese Basalte bauen unsere ozeanische Kruste auf. Mittelozeanische Rücken sind also die Geburtsstätten der ozeanischen Kruste. Die Schmelzen erstarren im Kontakt mit dem kalten Wasser sehr schnell und bilden daher eine Glasschicht aus.
Basalte, die in diesem Milieu entstehen sind typischerweise kissenförmig und werden deshalb auch Pillow Basalte genannt.

Auch wenn die Basalte der ozeanischen Kruste aus Mantelschmelze entstanden sind, sind sie kein Spiegel der Zusammensetzung des Mantels. Die Zusammensetzung des oberen Mantels kennen wir durch das Auftreten von Mantelxenolithen. Mantelgestein (Peridotit), das zum Beispiel bei Vulkanausbrüchen als Fremdgestein mitgefördert wurde. Der Unterschied in der Zusammensetzung von Mantel und Kruste kommt daher, dass durch die Druckentlastung nicht alles Mantelmaterial aufgeschmolzen wird. Ein Teil der ursprünglichen Zusammensetzung wird also nicht auf die Schmelze und die Basalte übertragen.

Ozeanische Kruste wurde mancherorts auf kontinentale Kruste aufgeschoben und angehoben (obduziert). Diese Gesteinsformationen nennt man Ophiolithe und sind eine Möglichkeit den Aufbau ozeanischer Kruste zu studieren, ohne den Aufwand einer Schiffsexpedition betreiben zu müssen. Allerdings ist dieses Material nicht mehr frisch, da es Wind und Wetter ausgesetzt ist.

Das Erdmagnetfeld schützt unseren Planeten vor Sonnenwinden. Ohne es, wäre unsere Atmosphäre vermutlich bereits abgetragen worden und die Bedingungen auf der Erde wären lebensfeindlich.

Unser Magnetfeld hat aber nicht nur diese Schutzfunktion, sondern weist auch weitere bemerkenswerte Eigenschaften auf: dank Kompass können wir mit seiner Hilfe auch navigieren, da sich die Kompassnadel stets entlang der magnetischen Feldlinien ausrichtet. Im Zusammenspiel von Magnetfeld und den bereits erwähnten Sonnenwinden entsteht das Phänomen der Polarlichter (Aurora), die den Himmel in Polnähe bunt färben.

Doch woher kommt dieses Magnetfeld eigentlich?

Es entsteht in unserem Erdkern. Dieser besteht zum größten Teil aus Eisen, welches eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist und magnetisch ist.
Da der äußere Kern flüssig ist, entstehen durch örtliche Hitzeunterschiede im Erdkern und durch den kühleren darüberliegenden Mantel Turbulenzen, sogenannte Konvektionsströme, durch welche die Teilchen in der Schmelze in Bewegung geraten.

Durch die Bewegung der elektrisch leitfähigen Eisenteilchen baut sich unser Magnetfeld auf.
Dieser Ursprung für das Erdmagnetfeld wird auch Geodynamo genannt.

Ein Gravimeter misst das Erdschwerefeld. Dies geschieht über ein Gewicht an einer Feder, das durch Abweichungen im Erdschwerefeld unterschiedlich stark angezogen wird.

Verschiedene Gesteine sind unterschiedlich zusammengesetzt und weichen daher in ihrer Dichte voneinander ab. Auf diese Dichteunterschiede reagiert das Gravimeter und gibt so Auskunft darüber, wo ein Wechsel der Gesteinsvorkommen am Ozeanboden vorliegt.

Nähere Informationen zu Gravimetern finden sich auf den Seiten des BKG und der BGR.

In der Bathymetrie werden Höhenprofile des Ozeanbodens erstellt. Anders als an Land, ist es durch die Wassermassen nicht möglich, eine optische Vermessung des Untergrundes anzustellen.

Für die Vermessung des Ozeanbodens wird ein Echolot angewendet. Dieses sendet Schallwellen aus, die am Meeresgrund reflektiert und vom Messgerät wieder detektiert werden. Über die Reaktionszeit zeigt sich, wie der Untergrund beschaffen ist. Gibt es am Boden eine Erhöhung, müssen die Schallwellen einen kürzeren Weg zurücklegen, bis sie refelektiert und detektiert werden.  Bei Gräben ist es umgekehrt.

Ein Magnetometer wird verwendet, um das Erdmagnetfeld zu messen. Es gibt verschiedene Ausführungen dieses Geräts. Da ein  Schiff ein großer magnetischer Körper ist, kann ein Magnetometer nicht auf dem Schiff selbst installiert werden, es muss an einem langen Kabel  durch das Wasser hinter dem Schiff geschleppt werden. Als Faustregel gilt hier: die Länge des Kabels entspricht etwa der dreifachen Länge des Schiffes.

Einige metallhaltige Minerale, wie sie häufig in der ozeanischen Kruste vorkommen, sind magnetisch. In Bereichen, in denen solche Minerale auftreten, misst man entsprechend einen hohen magnetischen Fluss. Dort wo solche Minerale durch Hydrothermalismus aus dem Gestein gelöst werden, ist der magnetische Fluss geringer.

Magnetische Minerale richten sich entlang der Feldlinien des Erdmagnetfeldes aus. Über die Ausrichtung der Minerale lässt sich also die Orientierung des Erdmagnetfeldes zu einem bestimmten Zeitpunkt bestimmen.
Über den Verlauf der Erdgeschichte, kam es mehrfach zu einer Umpolung unseres Magnetfeldes. Die Gründe hierfür konnten jedoch noch nicht geklärt werden.

Der MARUM-QUEST ist ein ferngesteuerter Tauchroboter (remotely operated vehicle - ROV).
Dieser ist nicht nur mit mehreren HD Kameras ausgestattet, die ausgezeichnete Aufnahmen der Tauchgänge erlauben, er verfügt auch über Greifarme und unterschiedliche Aufsätze für diese, mit denen gezielte Beprobung und auch kleine Bohrungen möglich sind. Der MARUM-QUEST kann bis in Tiefen von 4000 m tauchen.
Mit dem ROV sollen während der Expedition Tauchgänge in Gebiete gemacht werden, die zuvor über Kartierung als lohnende Beprobungsregionen identifiziert wurden.

Technische Daten und weiterführende Informationen zum ROV MARUM-QUEST

Über die Bestimmung der Verteilung unterschiedlicher Spurenelemente und Isotope in den beprobten Gesteinen lassen sich Rückschlüsse über den Zeitpunkt der Schmelzextraktion, die Entstehungsgeschichte der Gesteine und deren Herkunft ziehen.

Diese Informationen sind essentiell wichtig, um zu klären, warum in unserem zu untersuchenden Arbeitsgebiet in der Umgebung des Südwestindischen Rückens ein ozeanisches Plateau zu finden ist.

Als Hydrothermalismus bezeichnet man Reaktionen von heißem Wasser mit Gestein.

An Mittelozeanischen Rücken (MOR), an denen Plattengrenzen auseinander spreizen, ist Hydrothermalismus sehr verbreitet. In solch einem geologischen Setting finden sich zahlreiche Risse in den Gesteinsschichten, durch welche das Meerwasser eindringen kann und in der Tiefe erhitzt wird. Durch die geringe Dichte des Wassers, steigt dieses wieder auf. Dabei löst es Minerale aus den Gesteinen, welche durch den Kontakt mit dem kühlen Meerwasser wieder ausfällen. Das an Mineral- und Schwebstoffen angereicherte Wasser tritt dann in Form von Black Smokern wieder aus.
Die hydrothermalen Ausfällungen führen dann über Wochen und Monate zur Bildung gewaltiger Schlote, um sogenannte Black Smoker.

• marum Bremen: Heiße Quellen

Die Untersuchung der Zusammensetzung hydrothermaler Wässer, soll Aufschluss über  die Zusammensetzung der Gesteinsschichten in der Tiefe geben.