Dynamik des Ozeanbodens

MSM 19/3 Agulhas


Abb. 1: Der Agulhasrücken und Discovery Rise im Südatlantik sind die Arbeitsgebiete des FS Maria S. Merian-Fahrtabschnittes MSM19/3 (AFFZ = Agulhas-Falkland-Störungszone, MAR = mittelatlantischer Rücken).
Abb. 2: Seismisches Profil (stark überhöht!) quer zum Agulhasrücken (aus Uenzelmann-Neben und Gohl 2005). Der eigentliche Agulhasrücken ist durch bis zu 4 parallel verlaufende Rückenstrukturen gekennzeichnet. Nördlich und südlich des Rückens existieren "Basementhochs", die die Sedimentschichten durchstoßen und jüngere Vulkane (Seamounts) repräsentieren könnten.
Abb. 3: Ausdehnung und Intensität der "Dupal-Anomalie" in der südlichen Hemisphäre (aus Hart 1884, verändert). Im Bereich dieser Anomalie findet man die angereichersten (Enriched Mantle oder EM) Signaturen in Mantelbasalten. Ihr Maximum befindet sich im Südatlantik in dem Gebiet, in dem auch der Agulhasrücken liegt.

Das Forschungsvorhabens AGULHAS, das vom Alfred Wegener Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven (AWI) und vom IFM-GEOMAR gemeinsam durchgeführt wird, begann im Herbst/Winter 2011 mit zwei Schiffsexpeditionen mit FS Maria S. Merian im Südatlantik. Während auf dem Fahrtabschnitt MSM19/2 geophysikalische Untersuchungen (Reflexionsseismik), Sedimentecholotprofilierungen und bathymetrische Kartierungen durch das AWI am Agulhasrücken durchgeführt wurden, hatte der darauf folgende vom IFM-GEOMAR geleitete Fahrtabschnitt MSM19/3 eine umfassende Hartgesteinsbeprobung und weitere Kartierungen an diesem Rücken, benachbarten Seamounts und dem Discovery Rise zum Ziel (Abb. 1).

Der Agulhasrücken ist Teil der Agulhas-Falkland-Störungszone, die beim Aufbruch des Superkontinents Gondwana in der frühen Kreide durch die Trennung von Südamerika und Afrika entstand. Mit ca. 1.100 km Länge und über 2.000 m Höhe stellt dieser Rücken eine Barriere für die Ausbreitung von Wassermassen und damit den Austausch von Energie und Wärme zwischen niedrigen und hohen Breiten dar. Es ist allerdings völlig ungeklärt, warum der Rücken nicht thermisch abgesunken ist. Frühere Untersuchungen des AWI erbrachten jedoch Hinweise auf eine Reaktivierung des Agulhasrückens und auf jüngere vulkanische Strukturen in seiner Umgebung (Abb. 2; Uenzelmann-Neben und Gohl 2005). Der sich über ca. 250 x 350 km erstreckende Discovery Rise wird von mehreren, tw. sehr großen Seamounts gebildet, die sich bis zu gut 4.000 m über den umgebenden Meeresboden erheben. Obwohl diese Seamounts bis dicht unter die Wasseroberfläche aufragen, wurde diese gewaltige Struktur erst 1936 entdeckt. Bisher existieren vom Discovery Rise nur sehr wenige Gesteinsproben von 5 Lokalitäten und der Agulhasrücken wurde nur an drei Stellen an seinem nordöstlichen Ende beprobt. Basierend auf geochemischen Analysen dieser Proben wird für den Discovery Rise eine tiefe Magmenquelle (Mantelplume) postuliert (z.B. Douglass et al. 1995, LeRoex et al. 2010). Allerdings konnten mit seismischer Tomographie unter dem Discovery Rise keinerlei Plumestrukturen nachgewiesen werden (Montelli et al. 2004). Den Agulhasrücken sehen LeRoex et al. (2010) als Teil der Hotspotspur des Shona-Hotspots an, während nach Douglass et al. (1999) Material vom Discovery-Plume in die Agulhas-Falkland-Störungszone einfließt.

Insgesamt ist über die geochemische Zusammensetzung und die Alter der Gesteine des Agulhasrückens wie auch des Discovery Rise noch zu wenig bekannt, um ihre Natur und Bildung verstehen zu können. Ziel von MSM19/3 (und der anschließenden Arbeiten an Land) ist es daher, basierend auf einer repräsentativen Hartgesteinsbeprobung aller geomorphologischen Einheiten dieser Strukturen mit vulkanologischen, petrologischen, geochemischen und geochronologischen Methoden Alter, Ursprung, Zusammensetzung und Entwicklung der magmatischen Gesteine im Bereich des Agulhasrückens und des Discovery Rise zu rekonstruieren. In Kombination mit den geophysikalischen Untersuchungen des vorherigen Fahrtabschnittes MSM19/2 soll damit soll zur Klärung der folgenden übergeordneten Fragestellungen beigetragen werden:

(1) Wurde der Agulhasrücken im Känozoikum tektonisch-magmatisch reaktiviert und gibt es einen Zusammenhang zwischen vulkanisch-tektonischen Aktivitäten des Rückens und den aktiven Hotspots (z.B. Discovery oder Shona) sowie den sich verändernden Tiefseeströmungsmustern im Südatlantik?

(2) Was ist der Ursprung der „Dupal-Anomalie“ (benannt nach den französischen Geochemikern Dupré und Allègre) und der angereichten Mantelkomponenten (EM-I und EM-II)? Die Dupal-Anomalie (Hart 1984) erstreckt sich als bis zu 60° breites Band in der südlichen Hemisphäre um die gesamte Erde und ist durch Basalte mit anomalen, angereicherten Sr-, Nd- und Pb-Isotopensignaturen gekennzeichnet. Ihr Zentrum liegt etwa zwischen 30° und 40°S. Im Bereich des Agulhasrückens ist sie besonders stark ausgeprägt (Abb. 3). Der Ursprung dieser globalen Anomalie wird jedoch bis heute kontrovers diskutiert.

(3) Was sind die Ursachen von Intraplattenvulkanismus bzw. welche Rolle spielen dabei Mantelplumes? (s. hierzu auch: Great Plume Debate)

 

Link zum Expeditionsheft hier.

 

Aktuelle Wochenberichte der Fahrt:

1. Wochenbericht (1. - 7. Dezember 2011)

2. Wochenbericht (8.-14. Dezember 2011)

3. Wochenbericht (15.-21. Dezember 2011)

 

Verantwortlich: Prof. Kaj Hoernle (Projektkoordinator), Dr. Folkmar Hauff, Dr. Reinhard Werner


gefördert durch: DFG


Kooperationspartner:
Dr. Gabriele Uenzelmann-Neben, Alfred Wegener Institut für Polar- und Meersforschung (AWI), Am Alten Hafen 26, 27515 Bremerhaven. (http://www.awi.de

Dr. Cornelia Claas, Lamont-Doherty Earth Observatory (LDEO), 61 Route 9W, Palisades, NY 10964-1000 USA (http://www.ldeo.columbia.edu).

Dr. Michael Bizimis, Dept. of Earth and Ocean Sciences, 701 Sumter Street, EWS 617, University of South Carolina, Columbia, SC 29208, USA (http://www.geol.sc.edu).

Zitierte Literatur:

Douglass J, Schilling J-G, Kingsley RH, Small C (1995). Influence of the Discovery and Shona mantle plumes on the southern Mid-Atlantic Ridge: rare earth evidence. Geophys Res Lett 22: 2893-2896

Douglass J, Schilling J-G, Fontignie D (1999), Plume-ridge interactions of the Discovery and Shona mantle plumes with the southern Mid-Atlantic Ridge (40°-55°S), J Geophys Res 104 no. B2: 2941-2962

Hart SR (1984) A large-scale isotope anomaly in the Southern Hemisphere mantle: Nature 309: 753-757

Le Roex A, Class C, O’Connor J, Jokat W (2010) Shona and Discovery aseismic ridge systems, South Atlantic: Trace element evidence for enriched mantle sources. J Petrol 51 no 10: 2089 - 2120

Uenzelmann-Neben G, Gohl K (2005) The Agulhas Ridge, South Atlantic: the peculiar structure of a fracture zone. Mar Geophys Res 25: 305-319