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Informationen zur Expedition: Fahrtabschnitt / Leg M 76/3b

erstellt von aahke zuletzt verändert: 17.11.2016 12:07 — abgelaufen

Fahrtabschnitt / Leg M 76/3b

Walvisbay-Walvisbay

Wissenschaftliches Programm

Im Vordergrund des zweiten Abschnitts (M76/3b) steht die vergleichende Untersuchung verschiedener Cold Seep Ökoysteme. Wir wollen herausfinden wie chemische, physikalische und geologische Parameter die Seep-Ökosysteme prägen und den Umsatz des klimarelevanten Gases Methan kontrollieren. Dazu soll ein umfangreiches in situ Beprobungs-programm mittels des ferngesteuerten Unterwasserfahrzeug (ROV QUEST, MARUM) an verschiedenen Mikrohabitaten entlang geochemischer Gradienten innerhalb von Pockmark-, Fazies- und Diapirsystemen durchgeführt werden. Wichtige Fragestellungen umfassen: Welche geochemischen, geomikro-biologischen und sedimentologischen Charakteristika kontrollieren Mineralisa-tionsprozesse an Methanquellen? Wie hoch ist der Fluss von gelösten Substanzen und Gas an verschiedenen Seep Systemen und welche räumlichen und zeitlichen Variationen herrschen vor? Wie beeinflussen verschiedene Flussraten die Gradienten von gelösten Substanzen und biogeochemische Umsatzprozesse?

Anhand von hochauflösender Kartierung (Bathymetrie, Verteilung von Organismen und geologischen Strukturen) soll untersucht werden welche Zusammenhän-ge zwischen Fluid- und Gasfluss, Verfüg-barkeit von Elektronenakzeptoren, Vorkom-men von Karbonaten und Gashydraten, sedimentologischer Unterschiede und der Aktivität, Struktur und Verteilung von Seep-Lebensgemeinschaften bestehen. Die Untersuchungen beinhalten detaillierte geochemische in-situ Messungen und spezifische Beprobungen von Fluiden, Schlämmen, Karbonaten, sowie Video- und Photoaufnahmen, Faunenbeprobung, Wasser- und Sedimentbeprobung, in situ chemische und physikalische Analysen, in situ Sauerstoffzehrung, Methan und Sulfatumsatz und weitere Aktivitäts-messungen. Darüber hinaus werden für hochwertige Proben der Organismen für die Charakterisierung der Biodiversität und Funktion im Lebensraum gewonnen. Ferner soll die zeitliche Dynamik der Arten-gemeinschaften in diesen speziellen Lebensräumen mit Hilfe eines zu stationie-renden „ökologischen Moduls“ untersucht werden, das neben Videoaufzeichnungen auch die Registrierung von Temperatur-veränderungen erlaubt und verschiedene chemische Sensoren enthält. Dieses Modul soll auf der französischen Ausfahrt WACS in 2009 wieder geborgen werden.

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Scientific Programm

Leg 2 aims at the comparative investigation of the structure and functioning of cold seep ecosystems on the West-African margin. A main objective is the quantification of fluid flow rates and biogeochemical processes together with the investigation of mineral precipitation and archives. Research questions are: Which geochemical, geomicrobial and sediment characteristics control mineralization at seeps? What is the net exchange of solutes and gas at different types of seep systems, and what is the spatial and temporal distribution of the related fluxes? How do fluid flow and gas ebullition influence solute gradients and biogeochemical process rates? For these goals we will develop sampling and in situ measurement strategies based on ROV video transects. We will determine different microhabitats within pockmark, facies and diapir systems and use the geophysical information and maps of leg 1 for a comparative sampling strategy at the different seeps. Microhabitats of different seepage activity will be sampled by pushcores and water samplers, and will be analysed with a variety of in situ tools to obtain a quantitative understanding of biogeochemical processes. We will investigate how chemical, physical and geological parameters influence the composition and structure of seep ecosystems and the flux and consumption of the potential greenhouse gas methane. The intensive in situ studies will be carried out using the ROV QUEST (MARUM) as the main platform. High resolution mapping and videomosaicking will be used to define a sampling strategy for assessing the relationship between fluid fluxes, gas ebullition, gas hydrate and carbonate distribution, transport of electron acceptors, differences in sedimentology and the distribution, structure and activity of seep communities. The investigations also comprise detailed studies of the in situ biogeochemistry of oxygen, sulfur, methane, and other microbial process measurements. Valuable targeted samples of organisms and microbial populations will be obtained from well-characterized habitats for the assessment of biodiversity and functioning of chemosynthetic communities. We will also resolve temporal variation by deploying moorings with ecological observation modules including camera systems, temperature as well as chemical sensors. This module will be recovered during the French expedition WACS.

Arbeitsprogramm

Fünf Zielgebiete wurden ausgewählt:

Das Regab Pockmark liegt in einer Wassertiefe von 3000 m. Hier wurden viele Gas-Austrittsstellen gefunden und besonders hohe Biomassen an Riesen-Röhrenwürmern (Escarpia) sowie symbiotische Muscheln, Karbonate, Gashydrate und hohe Fluidflussraten.

Die sogenannte „Pockmark Area“ etwas nördlich von Regab weist in einer Wasertiefe von 3000 m drei große und aktive Strukturen namens „Worm Hole“, „Hydrate Hole“ und „Black Hole“ auf. Anhand von OFOS tracks und geophysikalischen Untersuchungen sowie Telemetrie-gesteuerte Beprobung wurden verschiedene Pockmark-Habitate untersucht. Es wurde eine weite Verteilung von Karbonaten gefunden sowie große Biomassen von Escarpia Röhrenwürmern, sowie lebende und tote chemosynthetische Muschen (Vesicomyida). Dagegen kamen recht wenige Bakterienmatten vor und auch wenige Mytilide. Die Pockmarks beherbergen große Mengen an Gashydrat.

Das sogenannte „Salztektonik“ Gebiete liegen bei 3500 m Wassertiefe und sind noch wenig untersucht, zeigen aber geophysialische Anzeichen für Methanaustritte. Auch die „Sandfazies“ Strukturen sollen nach Gasorkommen und chemosynthetischen Gemeinschaften untersucht werden. Am Kontinentalhang vor Nigeria wurden eine Reihe von Seep Strukturen gefunden in Tiefen von 1000 bis 3000 m.

Die Untersuchungsmethoden beruhen vor allem auf der Nutzung des ROV QUEST. In jedem Gebiet sollen 3-6 lange Tauchgänge durchgeführt werden je nach den hochauflösenden Karten des Legs M76/3a. Das ROV wird autonom arbeitende Mikro-profiler, Optoden, benthische Kammern und mikrobielle Inkubatoren absetzen. Diese Messungen werden von Beprobungen der Schlämme, Karbonate, Gase und Fluide durch das ROV begleitet, die für spätere Analysen verschiedener geochemischer und biologischer Parameter im Labor bestimmt sind. Biodiversitäts-Analysen der Mikro-organismen anhand von molekularbiolo-gischen Methoden sowie Biomarkeranalysen werden Informationen über lebende und auch fossile Gemeinschaftsstrukturen liefern. Messungen der Methan- und Sulfat­flüsse und weiterer mikrobieller Umsatz­raten werden helfen, Mikrohabiate zu charakterisieren. Sie dienen weiterhin der Erforschung von Prozessen, die zur Mineral-Präzipitierung führen.

Die Nutzlasten des ROV Quest beinhalten Wasserschöpfer, Sedimentkerne, Optoden und profilierende Messeinheiten, benthische Kammern, in situ Inkubatoren sowie Schwefelsonden. Wir nutzen ein Fahrstuhl-System, um grösseres Equipment zum Meeresboden zu transportieren. Zusätzlich nutzen wir den TV-gesteuerten Multicorer wie auch das mit in situ Temperatursonden ausgestattete Schwerelot.

Work program

Five areas have been selected for ROV dives:

     The Regab pockmark lies at a water depth of ca 3000 m. It is characterized by abundant gas seeps with large accumulations of giant Escarpia tubeworms, symbiotic mussels, carbonate concretions, outcrops of gas hydrates, fluid flow and free gas ebullition.

     The Pockmark area includes three pockmark structures named Worm Hole, Hydrate Hole, Black Hole at water depths of ca 3000 m. They were previously surveyed by OFOS and in the framework of geophysical work, and sampled by TVG and GC. A widespread occurrence of authigenic carbonates associated with animal burrows and Escarpia-like tubeworms was found. The seafloor in the pockmarks was covered by living Escarpia-like tubeworms, living and dead vesicomyid clams. Not many bacterial mats and only few mytilid bivalves were observed. A lot of gas hydrate was present in sediments at depth below ~50 cm.

     The area characterized by salt tectonics lies at a water depth of ca 3500 m One structure was surveyed by 1 OFOS track, and sampled by 1 TVG. Another site of interest are the sand facies at a water depth of ca 4500 m, here no video observation is yet available. Finally, the Nigeria seeps at depths between 1000 and

ca 3000 m are of interest for exploration because of the occurrence of shallow gas hydrates.

The main tool of leg M76/3b is the ROV. We plan 3-6 long dives in each of the areas according to the maps and transects provided by leg M76/3a. The ROV will be used for ecosystem mapping and photomosaicking as well as for a high resolution sampling program of sediment and water column, based on several in situ tools (profiler, chamber, rhizone sampler, INSINK, gas flow meter, pressure tight samplers, push cores, blade cores, suction pump). We will use a shuttle to transport larger payloads to the bottom. During each dive (ca 16 hrs bottom time) we will include an ecosystem mapping part with biogeochemical sampling and in situ measurements. The ROV sampling will concentrate on areas characterized by different microhabitats of chemosynthetic communities. It will be attempted to sample each microhabitat (mussels, clams, tubeworms, bacterial mats) with push cores, blade cores, Insink, water samples and slurp gun, and by profiler, Optode, Chamber and Rhizone sampler. The reference samples will be obtained with TV MUC and box corer. In case the new areas (Niger, sand facies, salt diapirs) do not display seep communities, the sampling strategy will be adapted and more sampling dives will be carried out at the other sites. Ship board methods include gravity coring, TV-guided MUC sampling and box coring. The TV-guided MUC will be used to obtain reference samples, carbonates, surface near hydrates, and tubeworms. Winch operated tools will also serve as back up program in case of problems with the ROV.

 

 

Karte des Untersuchungsgebiets

















Zeitplan / Schedule

Fahrtabschnitt / Leg M 76/3b


                                                                                                                           

Auslaufen von Walvisbay (Namibia) am 17.07.2008
Departure from Walvisbay (Namibia) 17.07.2008
 

Transit zum Arbeitsgebiet /
Transit to working area
 
5 Tage/Days         


Stationsarbeiten REGAB Pockmark                                                                                        
Station work REGAB Pockmark                                                 
7 Tage/Days    


Stationsarbeiten Kongo Pockmarks                                                                                       
Station work Congo Pockmarks
7 Tage/Days


Stationsarbeiten Sand Fazies/Salzdiapir
Station work Sand Facies/Salt diapir

8 Tage/Days


Stationsarbeiten Niger Pockmarks
Station work Niger Pockmarks
5 Tage/Days


Transit zum Hafen Walvisbay (Namibia)                     
Transit to port Walvisbay (Namibia)
8 Tage/Days

                                                                                                                                Total:    40 Tage/Days

Einlaufen in Walvisbay (Namibia) am 25.08.2008
Arrival in Walvisbay (Namibia) 25.08.2008