SONNE SO320/1

Auf der Ausfahrt SO320 mit den beiden Fahrtabschnitten SO320/1 und SO320/2 sollen geophysikalische und geologische Arbeiten auf dem Hess-Rise, einem ozeanischen Vulkanplateau im NW-Pazifik durchgeführt werden.

Ozeanische Plateaus sind submarine, großflächige magmatische Gebiete (Large Igneous Provinces, LIPs) und gehören zu den am wenigsten verstandenen Formen des Vulkanismus auf der Erde. Wichtige Fragen hinsichtlich ihrer Entstehung, Struktur und geodynamischen Zusammenhänge sind noch ungeklärt. Obwohl Hess Rise im Nordpazifik mit einem geschätzten Volumen von 9,1 x 106 km3 als eines der größten ozeanischen Plateaus gilt, ist es gleichwohl auch eines der am wenigsten erforschten.

Das Hess Rise erstreckt sich über mehr als 1000 Kilometer in Ost-West-Richtung und lässt sich grob in einen westlichen Rücken, eine zentrale Plattform und einen östlichen Rücken unterteilen. Basierend auf den früheren Untersuchungen entstand das Hess Rise in der Mitte der Kreidezeit (~100–110 Ma). Die meisten Modelle interpretieren das Hess Rise als ein ozeanisches Plateau, das sich in der südlichen Hemisphäre in der Nähe des Pazifik-Farallon-Spreizungszentrums gebildet hat, wahrscheinlich an oder in der Nähe einer sogenannten „triple junction“ (dem Treffpunkt dreier Plattengrenzen). Eine zusätzliche Beteiligung eines Mantelplumes (aus dem Erdmantel aufsteigendes heißes Material) zur Erklärung des übermäßigen Vulkanismus ist umstritten. Nach der klassischen Plume-Theorie entstehen ozeanische Plateaus durch das Eintreffen eines großen, pilzförmigen Plume-„Kopfes“ an der Basis der Lithosphäre, wodurch weit verbreiteter und zeitgleicher Plateauvulkanismus ausgelöst wird (ohne dass ein Spreizungszentrum vorhanden sein muss). Nachfolgend entsteht durch die Plattenbewegung über dem schmalen Plume-„Stamm“ eine viel schmalere, lineare und altersprogressive Hotspot-Spur.

Das Hauptziel von SO320 ist es, die konkurrierenden Modelle zur Entstehung des Hess Rise zu überprüfen, also entweder eine Entstehung 1) entlang des Pfades einer migrierenden „triple junction“, 2) am Pazifisch-Farallon Spreizungszentrum, oder 3) als reines intraplatten Plateau, das nur durch einen Mantel-Plume erzeugt wurde. In Bezug auf die ersten beiden Szenarien soll auch untersucht werden, ob sich das Hess Rise ausschließlich durch flache, plattentektonische Prozesse ohne Beteiligung eines Mantel-Plumes gebildet haben könnte, z.B. durch die Wanderung eines Spreizungszentrums über Regionen des oberen Erdmantels mit anomaler Zusammensetzung (z.B. höherer Aufschmelzgrad). In Bezug auf das dritte Szenario wollen wir testen, ob sich das Hess Rise durch einen zweiten Puls desselben Hotspots gebildet hat, der rund 30 Millionen Jahre zuvor den nahen Shatsky Rise erzeugt haben soll. Schließlich soll untersucht werden, ob es nach der Entstehung des Hauptplateaus noch zu einem (alkalibasaltischen) Spätstadium des Vulkanismus gekommen ist. Dies könnte möglicherweise das Vorkommen einiger solitärer, auf dem Plateau aufsitzender Seamounts erklären. Eine solche Spätphase des Vulkanismus ist auch von anderen ozeanischen Plateaus bekannt, deren Ursache ist jedoch noch unklar. Es wird oft spekuliert, dass gravitative Ausdehnung/Verwerfung oder lithosphärische Spannungen aufgrund von Belastungen an den Rändern der Plateaus zu Dekompressionsschmelzung im oberen Mantel oder in der Lithosphäre führen können und dass die dabei entstehenden kleinvolumigen Schmelzen die tiefreichenden Verwerfungen für ihren Aufstieg nutzen.

Für die geophysikalische Bearbeitung dieser Fragestellungen während Fahrtabschnitt 1 werden bis zu 40 Ozeanboden-Seismometer auf drei Profilen über dem südlichen und zentralen Hess Rise in Wassertiefen von 2000-5000 Metern ausgebracht. Als seismische Quelle dienen vom Schiff geschleppte Luftpolsterkanonen. Parallel soll ein Mehrkanal-Streamer hinter dem Schiff gezogen werden, um die Sedimentbedeckung sowie die obersten Krustenbereiche zu durchleuchten. Geschwindigkeitsmodelle für Kompressions- und Scherwellen sollen Anhaltspunkte über den Aufbau und die Tiefenstruktur des Hess Rise geben.

Ergänzt werden die seismischen Vermessungen durch schiffsbasierte Gravimetrie, ein geschlepptes Magnetometer und Meeresbodenkartierung mit dem schiffseigenen Multibeam-Echolot EM122.