Der Schwarze Raucher "One Boat" im Hydrothermalfeld "Turtle Pits" am Mittelatlantischen Rücken. Foto: ROV-Team, GEOMAR

Der Schwarze Raucher "One Boat" im Hydrothermalfeld "Turtle Pits" am Mittelatlantischen Rücken. Foto: ROV-Team, GEOMAR

Ein kleineres Exemplar eines schwarzen Rauchers. Trotz der hohen Temperaturen und der scheinbar giftigen Umgebung fühlen sich Bakterien, Krabben und Röhrenwürmer offensichtlich wohl. Foto: ROV KIEL 6000, GEOMAR

Ein kleineres Exemplar eines schwarzen Rauchers. Trotz der hohen Temperaturen und der scheinbar giftigen Umgebung fühlen sich Bakterien, Krabben und Röhrenwürmer offensichtlich wohl. Foto: ROV KIEL 6000, GEOMAR

Das Autonome Unterwasserfahrzeug ABYSS wird nach einem Einsatz wieder an Bord des Forschungsschiffes METEOR geholt. Bis zu 24 Stunden kann es unabhängig auf vorprogrammierten Kursen in bis zu 6000 Metern Tiefe den Meeresboden absuchen und kartieren. Mit ihm entdecken die Wissenschaftler neue Hydrothermalfelder. Anschließend können sie mit speziellen Robotern wie dem ROV KIEL 6000 gezielt beprobt werden. Foto: AUV Team, GEOMAR

Das Autonome Unterwasserfahrzeug ABYSS wird nach einem Einsatz wieder an Bord des Forschungsschiffes METEOR geholt. Bis zu 24 Stunden kann es unabhängig auf vorprogrammierten Kursen in bis zu 6000 Metern Tiefe den Meeresboden absuchen und kartieren. Mit ihm entdecken die Wissenschaftler neue Hydrothermalfelder. Anschließend können sie mit speziellen Robotern wie dem ROV KIEL 6000 gezielt beprobt werden. Foto: AUV Team, GEOMAR

01.01.2012

Oasen der Tiefsee

Erzfabriken und möglicher Ursprung des Lebens

von Dr. Klas Lackschewitz, GEOMAR

Jules Verne sollte Recht behalten. Schon in seinem 1870 veröffentlichten Roman „20.000 Meilen unter dem Meer“ ließ er den geheimnisvollen Kapitän Nemo von riesigen Erzlagerstätten in den Tiefen der Ozeane berichten. Damals war das reine Science Fiction, die Menschen wussten weniger über die Tiefsee als über den Mond. Die Erforschung der Ozeanböden begann überhaupt erst mit der meereskundlichen Expedition der britischen Korvette „Challenger“ 1872 bis 1876. Umso erstaunlicher, in welchem Maß sich Jules Vernes Visionen rund einhundert Jahre später bestätigen sollten.

Sensationelle Entdeckung

Im Jahr 1979 taucht das amerikanische Unterseeboot „Alvin“ im pazifischen Ozean. Im Licht der Scheinwerfer erblickt die Besatzung in rund 2.600 Metern Tiefe mehrere  Meter hohe Schlote, aus denen scheinbar schwarze Rauchwolken quollen. Die Wissenschaftler hatten die ersten hydrothermalen Quellen, sogenannte „schwarze Raucher“, am Meeresboden entdeckt. Dabei handelt es sich um bis zu 25 Meter hohe Schlote, die teilweise auf mehrere Zehner Meter hohen Hügeln aufsitzen. Wie sich bei genaueren Untersuchungen herausstellte, besteht der schwarze „Rauch“, der aus den Schloten quillt, aus fein verteilten Sulfidpartikeln, also aus Metall-Schwefelverbindungen. Auch die Schlote selbst und die Hügel unter ihnen bestehen überwiegend aus Kupfer-, Zink- und Eisensulfiden, die Mineralogen als Kupferkies, Zinkblende und Pyrit bezeichnen.

Die Tore zur Unterwelt...

Die Entstehung dieser faszinierenden Formationen verdanken wir einem Zusammenspiel von Meerwasser und heißem Erdinneren. Das Meerwasser sickert durch den Meeresboden langsam in die Tiefe und trifft in zwei bis drei Kilometern Tiefe auf riesige Magmakammern. Dort wird es erhitzt und steigt durch Risse und Spalten wieder auf. Währenddessen verwandeln chemische Prozesse das Wasser in eine starke Säure, die auf dem Weg zurück zum Meeresboden Elemente wie Kupfer, Zink, Eisen, Mangan und Schwefel aus dem umgebenden Gestein auswäscht. Mit diesen Stoffen angereichert trifft die teilweise über 400 Grad heiße Lösung am Meeresboden auf das zwei Grad kalte Bodenwasser des Ozean. Die Metall-Schwefelverbindungen fallen aus, lagern sich am Meeresboden ab und wachsen häufig auch als Schlot in die Höhe. Somit sind die „schwarzen Raucher“ quasi rauchende Schornsteine natürlicher Erzfabriken. Sie besitzen Förderraten von mehreren Zehner Kilogramm pro Sekunde und ein Energiepotential von etwa je einem Megawatt. Gleichzeitig tragen sie in nicht unerheblichem Maße zur natürlichen „Verschmutzung“ der marinen Umwelt mit giftigen Elementen wie Arsen, Blei und Quecksilber bei.

...sind Orte des Lebens

Trotzdem sind die heißen Quellen am Meeresboden Orte regen Lebens. Dichte Populationen von Garnelen, Schnecken, Krebsen und Röhrenwürmern haben den „Schwarzen Rauchern“ den Beinamen „Oasen der Tiefsee“ eingebracht. Die Existenz dieser Oasen ist auf die Gegenwart von Hochtemperaturbakterien zurückzuführen. Sie können aufgrund eines speziellen Stoffwechsels Energie aus Schwefel und Methan gewinnen. Die Bakterien dienen dann als erstes Glied einer Nahrungskette, die bis hin zu höheren Lebewesen reicht.
Schwarze Raucher existieren vor allem entlang der mittelozeanischen Rücken. Mehr als 250 Hydrothermalfelder haben Forscher seit 1979 weltweit entdeckt, doch es dürfte weit mehr geben. So wurden während der vergangenen Jahre erstmals solche aktiven unterseeischen „Schornsteine“ an mehreren Stellen im Südatlantik unter Mitwirkung von Wissenschaftlern des GEOMAR entdeckt. Während der 68. Reise des Forschungsschiffes METEOR im Mai 2006 wurde dabei die bislang höchste Temperatur an einem dieser schwarzen Raucher am Meeresboden gemessen: 464°C.

Viele Fragen noch unbeantwortet

Diese Hydrothermanlfelder sitzen innerhalb des mittelozeanischen Rückens im Südatlantik in 3.000 Metern Wassertiefe und weisen eine sehr charakteristische Fauna und Mineralisation auf, die sich von schwarzen Raucher beispielsweise im Pazifik deutlich unterscheidet. Die Untersuchungen der aktiven Raucher am GEOMAR bieten die Möglichkeit, Prozesse zu verstehen, die die Oberfläche der Erde gestalten und einen globalen Einfluss auf die Chemie des Meeres und die Entwicklung der ozeanischen Erdkruste haben. Darüber hinaus kann sie eventuell einen Beitrag zur Rohstoffsicherung leisten und uns vielleicht helfen, die Entstehung des Lebens auf der Erde oder auf erdähnlichen Planeten zu verstehen. 

Dr. Klas Lackschewitz ist geborener Kieler und hat an der Christian-Albrechts-Universität Geologie studiert. Nach Stationen unter anderem in Mainz und Bremen arbeitet er seit 2004 wieder in seiner Heimatstadt am GEOMAR. Seine Spezialgebiete sind Vulkanismus sowie heiße Quellen am Meeresboden. Daneben leitet er das Team des Kieler Autonomen Tiefseefahrzeugs ABYSS und koordiniert seit 2010 die Forschungsschiffe am GEOMAR. Im Jahr 1999 hatte er selbst Gelegenheit mit dem französischen Tauchboot „Nautile“ im Pazifik zu tauchen „Ein fantastisches Erlebnis, so ähnlich müssen sich auch die Astronauten auf dem Weg ins All fühlen", erinnert er sich.