Dynamik des Ozeanbodens

Meteor M73/2 Palindrill

Lage der Arbeitsgebiete nördlich von Silzilien
Hydrothermale Ablagerungen im Tyrrhenischen Meer (c) MARUM, Universität Bremen; aufgenommen mit ROV Cherokee in 2006
Der Rockdrill 1 des Britischen Geologischen Dienstes beim Aussetzen während einer früheren Fahrt

Die Untersuchung von heissen Quellen (Hydrothermalsystemen) entlang vulkanisch aktiver Bereiche des Meeresbodens ermöglicht es Prozesse zu verstehen, die die Oberfläche der Erde gestalten und einen globalen Einfluss auf die Chemie des Meeres haben. Die Bildung dieser heißen Quellen beruht auf der Konvektion von Meerwasser durch die ozeanische Kruste. In der Tiefe erhitztes und durch chemische Reaktionen verändertes Meerwasser tritt dabei unter hohen Temperaturen (bis ca. 400°C) am Meeresboden aus und bildet dabei Metall-Schwefelablagerungen, die, in Anlehnung an Fabrikschornsteine, als „Schwarze Raucher“ bezeichnet werden. Die Sulfidablagerungen führen zum Teil erhebliche Gehalte an Kupfer und Zink sowie den Edelmetallen Gold und Silber und sind damit eventuell für die Rohstoffversorgung der Zukunft interessant.

Das Verständnis dieser Hydrothermalsysteme wird durch das Fehlen von Informationen aus der Tiefe erschwert. Es gibt nur wenige Vorkommen, die im Rahmen des Ocean Drilling Program (ODP, jetzt IODP) durch Bohrschiffe erbohrt worden sind. Aus diesem Grund setzen wir unter anderem verstärkt auf die Nutzung mobiler Bohrplattformen, die Informationen aus dem Untergrund (5-15 m) mit deutlich geringerem Aufwand zulassen. 

Das Ziel des Forschungsprojektes PALINDRILL war es, anhand von Flachbohrungen (<5m mit dem Rockdrill 1 des Britischen Geologischen Dienstes) erstmals Informationen über die dritte Dimension rezenter Hydrothermalsysteme zu erheben, die sich in einem flachmarinen Inselbogenmilieu gebildet haben. Solche Vorkommen sind oft reich an Edelmetallen und weltweit bisher wenig untersucht. Sie repräsentieren die modernen Analoga zu einem Lagerstättentyp an Land , der eine weltweit wichtige Quelle für die Rohstoffversorgung der Elemente Kupfer, Zink, Gold und Silber, aber auch technischer Metalle wie z.B. Indium darstellt. Aus diesem Grund sind Untersuchungen an Vorkommen innerhalb eines solchen geotektonischen Milieus wichtig für das Verständnis der Lagerstättenbildung. Im Tyrrhenischen Meer treten drei dieser Vorkommen in vergleichsweise geringen Wassertiefen (1000 bis <100m) auf und sind teilweise durch Siedeprozesse der aufsteigenden Hydrothermalfluide und bedeutende Anteile an magmatischen Volatilen (CO2 und andere Gase) gekennzeichnet.

In diesem Projekt sollte getestet werden, inwieweit die Natur der Nebengesteine die Bildung von Sulfidablagerungen unterhalb des Meeresbodens bestimmt. Anhand der Gesteinsumwandlungen in den Bohrkernen sollte Herkunft, Art und Entwicklung der sulfidbildenden Hydrothermalfluide rekonstruiert werden. Es war zu überprüfen, ob ein Eintrag magmatischer Volatile in diese flachmarinen (<1000 m) Hydrothermalsysteme des Tyrrhenischen Meeres eine Voraussetzung für die hohen Edelmetall- und Spurenelementgehalte in diesen Systemen darstellt oder ob die anomal hohen Elementgehalte allein auf das Kochen der Hydrothermalfluide im flachmarinen Milieu zurückgeführt werden können. Darüber hinaus sollte gezeigt werden, welche Mikroorganismen im Untergrund der Hydrothermalsysteme des Tyrrhenischen Meeres auftreten, welche speziellen Organismen die besonders gasreichen Vorkommen charakterisieren, und ob sich Auswirkungen der hohen toxischen Spurenmetallgehalte auf die mikrobiellen Lebensgemeinschaften nachweisen lassen.

 

Verantwortlich: Dr. Sven Petersen

wissenschaftliche Bearbeitung: Dr. Sven Petersen

Förderzeitraum: 2007-2008

gefördert durch: DFG

Kooperation: GEOMAR (Dr. K. Lackschewitz, Dr. M. Hügler), Institut für Geowissenschaften der Universität Kiel (Dr. D. Garbe-Schönberg), TU Bergakademie Freiberg (Dr. N. Kummer, Dr. B. Merkel, Dr. R. Kleeberg), University of Münster (Dr. H. Strauss), MPA Bremen (Dr. J. Küver), British Geological Survey (D. Smith), INGV Rome, Italy (Dr. M. Anzidei, Dr. A. Esposito), University of Rome, Italy (Dr. G. Giordano, Dr. A. de Benedetti), University of Ottawa (Dr. M.D. Hannington, Dr. T. Monecke), University of Sudbury, Canada (Dr. H. Gibson) CODES Tasmania (Dr. B. Gemmell, Dr. K. Simpson), COMRA, Beijing, China (Dr. X. G. He, Dr. B. Wan), Neptune Minerals Plc Australia

 

Veröffentlichungen:

2014

  • Petersen, S., Monecke, T., Westhues, A., Hannington, M.D., Gemmell, J.B., Sharpe, R., Peters, M., Strauss, H., Lackschewitz, K., Augustin, N., Gibson, H., and Kleeberg, R. (2014). Drilling shallow water massive sulfides at the Palinuro Volcanic Complex, Aeolian Island Arc, Italy. Economic Geology 109(8): 2129-2158.

2012

  • Monecke, T., Petersen, S., Hannington, M.D., Anzidei, M., Esposito, A., Giordano, G., Garbe-Schönberg, D., Augustin, N., Melchert, B., and Hocking, M. (2012) Eruption craters associated with shallow submarine gas venting off Panarea island, Italy. Bulletin of Volcanology 74: 1937-1944.

2011 

  • Peters, M., Strauss, H., Petersen, S., Kummer, N., Thomazo, C. (2011) Hydrothermalism in the Tyrrhenian Sea: inorganic and microbial sulfur cycling as revealed by geochemical and multiple sulfur isotope data. Chemical Geology 280: 217-231.
  • Gemmell, J.B., Petersen, S., Monecke, T. and Hannington, M.D  (2011) Palinuro, a high to intermediate sulfidation, shallow marine, hydrothermal system in the southeastern Tyrrhenian Sea, Italy. GAC-MAC Joint Annual Meeting. Ottawa, Ontario, 25-27 May 2011: 72.

2010

  • Monecke, T., Petersen, S., Hannington, M., Anzidei, M., Esposito, A., Giordano, G., Garbe-Schönberg, D., Augustin, N, Melchert, B., and Hocking, M. (2010) Eruption craters associated with shallow submarine gas venting off Panarea Island, Italy. 2010 Annual Meeting Geological Society of America, Abstracts with Programs, Vol. 42, No. 5, p. 224, Denver, USA. Oct. 31 ­ Nov. 03 2010.
  • Peters, M., Strauss, H., Petersen, S., Kummer, N., Thomazo, C. (2010) The Palinuro volcanic complex (Tyrrhenian Sea): inorganic and microbial sulfur cycling as revealed by multiple sulfur isotope data. Minerals of the Ocean V and Deep-Sea Minerals and Mining II. VNIIOkeangeologia, St. Petersburg (Russia). June 28.-30. 2010. p.79-80.

2009 

  • Gemmell, J.B., Petersen, S., Monecke, T., Hannington, M., Lackschewitz, K., Augustin, N., Gibson, H., Perrin, K., Sharpe, R. and Simpson, K. (2009) High to intermediate sulfidation, shallow marine, sulfide mineralization in the south-eastern Tyrrhenian Sea, Italy. In Williams, P.J. et al (eds) Smart Science for Exploration and Mining, Proceedings of the Tenth Biennial SGA Meeting, Townsville Australia, Aug. 17-20, 2009, p.438-440.
  • Petersen, S. and Monecke, T. (2009) RV Meteor Cruise Report M73/2 Shallow drilling of hydrothermal sites in the Tyrrhenian Sea (PALINDRILL) Genoa – Heraklion, 14.08.2007 – 30.08.2007. IFM-GEOMAR Report No. 30: 235 pp.
  • Anzidei,M., Atzori, S., Balsamo, F., Cas, R.A.F., Caratori, T.F., Carmisciano, C., Cocchi, L., De Astis G., De Benedetti, A.A., Devoti, R., Esposito, A., Giordano, G., Monecke, T., Stefanelli, P., Petersen, S., Pietrantonio, G., Rinaldi, A.P., Todesco, M. (2009) Monitoring shallow submarine hydrothermal system at Panarea (Aeolean Island, Italy): new geophysical, volcanological and geochemical data. Conferenza La vulcanologia italiana: stato della arte e prospettive future; Nicolosi (Catania) June 11.­13. 2009.
  • Monecke, T., Petersen, S., Lackschewitz, K., Hügler, M., Hannington, M.D., and Gemmell, J.B. (2009), Shallow submarine hydrothermal systems in the Aeolian volcanic arc, Italy, Eos Trans. AGU, 90(13), 110–111.

 2008 

  • Gemmell, J.B., Petersen, S., Monecke, T., Hannington, M., Lackschewitz, K., Augustin, N., Gibson, H., Perrin, K., Sharpe, R. and Simpson, K., 2008, Drilling of shallow marine sulphide-sulfate mineralisation in south-eastern Tyrrhenian Sea, Italy, AusIMM PACRIM Congress 2008, Conference Proceedings; p. 85-90.
  • de Benedetti, A.A., Esposito, A., Monecke, T., Petersen, S., and Giordano, G. (2008) New high resolution bathymetric data from Panarea (Aeolian islands) offshore: the bathymetry in the area of the Basiluzzo islet. IAVCEI 2008; Reykjavík, Iceland. August 17.-22. 2008.
  • Esposito, A., De Astis, G., Giordano, G., de Benedetti, A.A., Petersen, S., and Monecke, T. (2008) Drilling shallow submarine hydrothermal system at Panarea (Aeolean island, Italy): new volcanological and geochemical data. IAVCEI 2008; Reykjavík, Iceland. August 17.-22. 2008.
  • Petersen, S., Monecke, T., Augustin, N., De Benedetti, A.A., Esposito, A., Gemmell, J.B., Gibson, H., Giordano, G., Hannington, M.D., Kleeberg, R., Lackschewitz, K., Perrin, K., Peters, M., Sharpe, R., Simpson, K. (2008) Drilling of shallow water hydrothermal systems in the Aeolian Arc, Italy: The role of magmatic volatiles. 33 International Geological Congress, Oslo, August  06.-14. 2008, abstract MRD03317P.
  • Monecke, T., Petersen, S., Hannington, M.D., Augustin, N., Anzidei, M., Esposito, A., Garbe-Schönberg, D., Giordano, G., Hocking, M., and Melchert, B. (2008) Explosion craters associated with shallow marine gas venting at Panarea, Aeolian Islands, Italy. Joint Annual GAC-MAC-SEG-SGA Meeting Quebec, 26.-28. May 2008, p.115.
  • Monecke, T., Petersen, S., Augustin, N., De Benedetti, A.A., Esposito, A., Gaertner, A., Gemmell, B., Gibson, H., Hannington, M.D., He, G., Huegler, M., Kleeberg, R., Kuever, J., Kummer, N.A., Lackschewitz, K., Lappe, F., Perrin, K., Peters, M., Sharpe, R., Simpson, K., Smith, D., and Wan, B. (2008) Shallow marine sulfide mineralization in the southeastern Tyrrhenian Sea, Italy. Joint Annual GAC-MAC-SEG-SGA Meeting Quebec, 26.-28. May 2008, p.191.

 2007 

  • Petersen, S., Augustin, N., de Benedetti, A., Esposito, A., Gärtner, A., Gemmell, B., Gibson, H., He, G., Hügler, M., Kleeberg, R., Küver, J., Kummer, N.A., Lackschewitz, K., Lappe, F., Monecke, T., Perrin, K., Peters, M., Sharpe, R., Simpson, K., Smith, D., and Wan, B. (2007) Drilling of submarine shallow-water hydrothermal systems in volcanic arcs of  the Tyrrhenian Sea, Italy. EOS Trans. AGU, 88(52), Fall Meet. Suppl., abstract V34B-01.
  • Petersen, S., Monecke, T., Augustin, N., de Benedetti, A., Esposito, A., Gärtner, A., Gemmell, B., Gibson, H., He, G., Hügler, M., Kleeberg, R., Küver, J., Kummer, N.A., Lackschewitz, K., Lappe, F., Perrin, K., Peters, M., Sharpe, R., Simpson, K., Smith, D., and Wan, B. (2007) Drilling High-Sulfidation Mineralization at Palinuro Seamount in the Tyrrhenian Sea, Italy. In: A. Usui and C. Morgan (eds) Marine Minerals of the Pacific: Science, Economics and the Environment. 37th Underwater Mining Institute Abstract Volume, Tokyo Oct. 15-20, 2007.

Diploma- and Master thesis resulting from this project:

Christian Breuer "The role of magmatic volatiles in the formation of sulfates and sulfides in the off-shore area of Panarea, Äolian Island-arc, Italy" Westfälische Wilhelms-Universität Münster. Master thesis 2010. 86 Seiten. 

Jan Dietel "Alterationsmineralogie von rezenten Hydrothermalsystemen am Palinuro Seamount, Thyrrhenisches Meer. Diploma-Thesis, TU Bergakademie Freiberg, 2009. 73 pp (In German). 

Anne Westhues "Massive sulfides drilled at a submarine volcanic complex associated with an island arc - Palinuro volcanic complex, Tyhhrenian Sea, Italy. Master Thesis, Uni Muenster / IFM-GEOMAR, 2009. 76 pp.