Mächtige kleine Vulkane: Enthüllung der tiefsten hydrothermalen Aktivität

Die Forschung der Waseda-Universität hat herausgefunden, dass Petit-Spot-Vulkane auf dem Meeresboden aufgrund ihrer Freisetzung von CO2 und methanreichen, alkalischen Magmen einen signifikanten Beitrag zu den marinen biogeochemischen Kreisläufen, einschließlich des Kohlenstoffkreislaufs, leisten. Die Untersuchung eines Petit-Spot-Vulkans im Japan-Tiefseebecken enthüllte ihn als den tiefsten bekannten hydrothermalen Ort, wobei Eisen- und Manganoxyde als Nachweis hydrothermaler Aktivität identifiziert wurden. Diese Ergebnisse betonen die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen dieser Unterwasservulkane.

Forscher haben unter Verwendung von Proben, die aus einer Tiefe von 5,7 km (3,5 Meilen) stammen, die hydrothermale Aktivität von "Petit-Spot"-Vulkanen enthüllt. Dies ist der bisher tiefste bekannte Hydrothermalort.

Unterwasservulkanismus an der Erdrinde ist ein aktiver Beitragender vieler verschiedener Elemente zur ozeanischen Umwelt. Daher spielen sie eine wichtige Rolle in den biogeochemischen und chemosynthetischen Kreisläufen des Ozeans. Obwohl es viele Studien zu Hochtemperatur-Hydrothermalsystemen im mittelozeanischen Rücken - einer Reihe von Unterwasservulkanen, die den Rändern der verschiedenen ozeanischen Platten folgen - gegeben hat, gibt es nur wenige Informationen über Niedrigtemperatur-Hydrothermalsysteme in anderen Vulkanen, wie z. B. "Petit-Spot"-Vulkanen.

Petit-Spot-Vulkane sind kleine Vulkane, die auf der ganzen Welt in Regionen gefunden werden, wo ozeanische Platten leicht gebogen sind. Kürzlich durchgeführte Studien im Osten des Japan-Tiefseegrabens haben ergeben, dass Petit-Spot-Vulkane alkalische Magmen ausbrechen, die mit Kohlendioxid (CO2) angereichert sind. Diese Vulkane produzieren auch einen vulkanischen Gesteinstyp namens Peperit, der durch die Erwärmung von wasserreichen Sedimenten entsteht und auf eine Produktion von hydrothermaler Flüssigkeit und Methanogenese hinweist. Dadurch wird vorgeschlagen, dass Petit-Spot-Vulkane hydrothermale Flüssigkeiten enthalten, die Methan enthalten. Diese Ergebnisse zeigen die Notwendigkeit eines besseren Verständnisses der hydrothermalen Aktivität von Petit-Spot-Vulkanen auf, um ihren Beitrag zum marinen biogeochemischen Kreislauf angemessen zu bewerten.

Forscher haben Proben von Petit-Spot-Vulkanen analysiert, um ihre hydrothermale Aktivität zu bestätigen und den Prozess hinter der hydrothermalen Aktivität abzuschätzen. Credit: Keishiro Azami von der Waseda-Universität

In einer kürzlich durchgeführten Studie hat ein Team von Wissenschaftlern, darunter Assistant Professor Keishiro Azami von der Waseda-Universität, hydrothermale Ablagerungen von einem Petit-Spot-Vulkan in einer Wassertiefe von 5,7 km (3,5 Meilen) im Japan-Tiefseegraben im westlichen Nordpazifik untersucht. "Die submarine hydrothermale Aktivität, die wir in unserem Papier beschrieben haben, ist die bisher tiefste bekannte. Basierend auf unseren Ergebnissen haben wir auch die hydrothermalen Wechselwirkungen geschätzt, die in Petit-Spot-Vulkanen auftreten", erklärt Azami. Das Forschungsteam umfasste auch Dr. Shiki Machida vom Chiba-Institut für Technologie und Associate Professor Naoto Hirano von der Tohoku-Universität. Die Arbeit wird heute (1. Juni) in der Zeitschrift Communications Earth & Environment veröffentlicht.

Als Teil ihrer Studie analysierte das Team die chemische und mineralogische Zusammensetzung von Schleppproben, die vom Meeresboden in der Nähe des Petit-Spot-Vulkans entnommen wurden. Sie stellten fest, dass die Proben hauptsächlich aus Eisen (Fe) und Mangan (Mn) Oxiden bestanden und dass ihre Eigenschaften auf eine hydrothermale Herkunft zurückzuführen waren, d. h. die Fe-Mn-Oxide wurden direkt aus hydrothermaler Flüssigkeit ausgefällt. Diese Ergebnisse deuten auf hydrothermale Aktivität von Petit-Spot als Grund für die Bildung dieser Oxide und auf den Petit-Spot-Vulkan als den tiefsten bekannten hydrothermalen Ort hin. Die Forscher stellten auch fest, dass die chemischen und mineralischen Zusammensetzungen der Proben auf eine Niedrigtemperatur-Hydrothermalaktivität hinweisen.

Anschließend führten die Forscher eine Röntgenfluoreszenzspektroskopie durch, um die elementare Verteilung der Querschnitte der Probe zu identifizieren, und führten eine unabhängige Komponentenanalyse der Daten zur elementaren Verteilung durch, um den Bildungsprozess dieser Fe-Mn-Oxide zu klären. Deren Ergebnisse deuteten darauf hin, dass die Bildung dieser Fe-Mn-Oxide beginnt, wenn Petit-Spot-Magma eine Niedrigtemperatur-Hydrothermalflüssigkeit produziert, die über die Sedimentsäule aufsteigt und Mn-Oxide an der Grenzfläche zum Meerwasser ausfällt. Diese Mn-Oxidschicht, die Silikatbruchstücke enthält, wächst dann nach unten zum Meeresboden, da mehr Mn-Oxid abgelagert wird. Schließlich wird dieser Abfall verändert. Als nächstes werden Fe-Oxide über dieselbe Aktion an der Grenzfläche zwischen der Niedrigtemperatur-Hydrothermalflüssigkeit und den Mn-Oxiden abgelagert. Ein hydogenetischer Rand wächst dann auf diesen Ablagerungen an der Oberfläche, die dem Meerwasser ausgesetzt ist, nach Beendigung der hydrothermalen Aktivität.

"Basierend auf früheren Forschungen können wir die Hydrothermalflüssigkeit von Petit-Spot-Vulkanen im Vergleich zum Mittelozeanrücken als angereichert mit CO2 und Methan einschätzen", erklärt Azami. "Dies bedeutet wiederum, dass die elementaren Beiträge aus Petit-Spot-Hydrothermalaktivitäten auf der ganzen Welt potenziell wichtige Auswirkungen auf den globalen biogeochemischen Kreislauf, insbesondere den Kohlenstoffkreislauf, haben können."

These findings underscore the presence of hydrothermal activity in cold and old oceanic plates and highlight the need for further studies on petit-spot volcanoes.