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Untersuchung der Eismeervulkane mit "Mars-Detektoren"

erstellt von redaktion zuletzt verändert: 23.08.2007 14:25

Am 16. Juli 2004 bricht eine internationale Forschungsgruppe unter Leitung des Max-Planck-Instituts fuer Chemie in Mainz zu einer sechswoechigen Expedition mit dem Forschungseisbrecher "PFS Polarstern" vom Alfred-Wegener-Institut fuer Polar- und Meeresforschung auf, um im Arktischen Ozean entlang dem Lena-Trog und dem westlichen Gakkel-Ruecken primitive Vulkane und deren Ursprung zu erkunden. Nach der aeusserst erfolgreichen AMORE-Arktisexpedition im Jahre 2001 werden bei der jetzigen Messkampagne die besondere geologische Situation am Lena Trog sowie neue Technologien benutzt, um nach primitiveren Vulkanen als den bisher gefundenen zu suchen.

Die meisten Vulkane bilden sich durch einen Schmelzprozess im oberen Erdmantel und dem darauf folgenden Transport des Materials zur Oberflaeche sowie Ausbruch. Bei einer kleinen Anzahl von Vulkanen bleibt der Schmelzprozess unvollstaendig, und dies ermoeglicht den Wissenschaftlern, das Fruehstadium der Vulkan-Entwicklung zu untersuchen. Eine Stelle mit solchen "primitiven" Vulkanen liegt unterhalb der arktischen Eiskappe, entlang dem Grabensystem Gakkel-Ruecken / Lena-Trog.


(c) Max-Planck-Institut fuer Chemie, Mainz

"Poalrstern" und Elektronenstrahl: Neue Möglichkeiten durch die An-Bord-Messung der Konzentration chemischer Elemente in Meeresbodenvulkanen.

Mittelozeanische Ruecken sind Zonen mit intensiver vulkanischer Taetigkeit unterhalb des Meeresbodens, in denen neue ozeanische Kruste durch Auseinanderspreizung des Meeresbodens entsteht. Wenn sich nun die Spreizgeschwindigkeit verringert, nimmt auch der Grad der chemischen Entwicklung der Vulkane ab. Der Gakkel-Ruecken und der Lena-Trog sind das sich am langsamsten spreizende ozeanische Rueckensystem der Erde. Vor drei Jahren waren die ersten vulkanischen Gesteine aus dem Gakkel-Ruecken eine Sensation und haben unter Wissenschaftlern enormes Interesse an ihrer Beschaffenheit hervorgerufen.

Beim Lena-Trog kommt ein weiterer Faktor ins Spiel: Im Gegensatz zum Gakkel-Ruecken spreizt sich dort der Mittelozeanische Ruecken schraeg zum Graben-Tal. Dieser geometrische Effekt verstaerkt das Abkuehlen des oberen Mantels und hat noch primitivere Vulkane zur Folge. Schon die Vulkane des Gakkel-Rueckens zeigten unerwartete Aenderungen ihres chemischen und physikalischen Charakters, und es wird erwartet, dass diese Effekte in einem Gebiet mit abgewinkelter Spreizung noch verstaerkt werden. Insbesondere wurden anomale Anreicherungen von Alkalielementen sowohl in Basalten als auch deren Mantel-Residuen beobachtet.

Bei dieser Expedition wird zum ersten Mal ein neues Instrument eingesetzt, mit dem man die chemische Zusammensetzung von Gesteinen schon auf See bestimmen kann. Die Proben aus den Tiefen des Ozeans werden an Bord gebracht und in den Schiffslaboratorien untersucht. Das Herzstueck des mit Elektronenstrahlanregung arbeitenden, energiedispersiven Roentgenspektrometers bildet ein neuartiger Silizium-Driftdetektor von der gleichen Art, wie er auch im Alpha-Roentgen-Spektrometer an Bord der Mars-Rover bei der aktuellen NASA-Mission verwendet wird. Entwickelt wurde der Detektor vom Halbleiterlabor der Max-Planck-Institute fuer Physik und Extraterrestrische Physik in Zusammenarbeit mit der Firma KETEK GmbH in Muenchen. Die neue Technologie ermoeglicht es den Wissenschaftlern erstmals, die Probennahme direkt durch die beobachteten chemischen Effekte zu steuern. "Bisher dauerte es Wochen oder Monate, bis die Proben an Land analysiert wurden, lange nach Ende der Expedition", sagt Dr. Jonathan Snow von der Abteilung Geochemie des Max-Planck-Instituts fuer Chemie und Leiter der etwa 15-koepfigen Arbeitsgruppe Petrologie auf der "Polarstern". "Jetzt kann ich innerhalb weniger Stunden nach der Probenentnahme sehen, um welche Art von Vulkan es sich handelt."

Insgesamt werden 47 Wissenschaftler und Techniker von zahlreichen namhaften Forschungsinstituten an der Expedition teilnehmen und Arbeiten auf den Gebieten Petrologie, Ozeanographie, Bathymetrie, Meereisphysik und Luftchemie durchfuehren.

Das Projekt wird unterstuetzt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und die National Science Foundation (NSF).