Petit-Spot-Vulkane beinhalten die tiefste bekannte submarine hydrothermale Aktivität und können Methan freisetzen.

1. Juni 2023

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von der Waseda-Universität durchgeführt

Unterwasservulkane auf der Erdkruste sind aktive Lieferanten für viele verschiedene Elemente in der ozeanischen Umgebung. Daher spielen sie eine wichtige Rolle in biogeochemischen und chemosynthetischen Zyklen des Ozeans. Obwohl es viele Studien über Hochtemperaturhydrothermalsysteme in der mittelozeanischen Rücken - einer Reihe von Unterwasservulkanen, die die Ränder der unterschiedlichen ozeanischen Platten markieren - gibt, gibt es wenig Informationen über Hydrothermalsysteme mit niedriger Temperatur in anderen Vulkanen wie den Petit-Spot-Vulkanen.

Petit-Spot-Vulkane sind kleine Vulkane, die weltweit in Regionen zu finden sind, in denen ozeanische Platten beugen. Neueste Studien im Osten des Japangrabens haben ergeben, dass Petit-Spot-Vulkane alkaline Magma ausstoßen, das mit Kohlendioxid (CO2) angereichert ist. Diese Vulkane produzieren auch einen vulkanischen Felsen namens Peperit, der durch das Erhitzen von wasserreichem Sediment entsteht, was auf eine Produktion von hydrothermaler Flüssigkeit und Methanogenese hindeutet.

Daher wird vermutet, dass Petit-Spot-Vulkane hydrothermale Flüssigkeiten enthalten, die Methan enthalten. Diese Ergebnisse zeigen die Notwendigkeit eines besseren Verständnisses der hydrothermalen Aktivität der Petit-Spot-Vulkane auf, um ihren Beitrag zum marinen biogeochemischen Zyklus angemessen bewerten zu können.

In einer kürzlich durchgeführten Studie untersuchte ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Assistant Professor Keishiro Azami von der Waseda-Universität hydrothermale Ablagerungen aus einem Petit-Spot-Vulkan in einer Wassertiefe von 5,7 km im Japan-Graben im westlichen Nordpazifik.

"Die submarine hydrothermale Aktivität, die wir in unserem Artikel beschrieben haben, ist die bisher tiefste bekannt. Basierend auf unseren Ergebnissen haben wir die hydrothermalen Interaktionen, die in Petit-Spot-Vulkanen auftreten, weiter geschätzt", erklärt Azami. Das Forschungsteam umfasste auch Dr. Shiki Machida vom Chiba-Institut für Technologie und Associate Professor Naoto Hirano von der Tohoku-Universität. Der Artikel wurde in Communications Earth & Environment veröffentlicht.

Im Rahmen ihrer Studie analysierte das Team die chemische und mineralogische Zusammensetzung von Baggerproben, die in der Nähe des Petit-Spot-Vulkans auf dem ozeanischen Boden gewonnen wurden. Sie stellten fest, dass die Proben hauptsächlich aus Eisen (Fe) und Mangan (Mn) Oxiden bestanden und dass deren Eigenschaften auf hydrothermaler Herkunft zurückzuführen waren, d. h. die Fe-Mn-Oxide wurden direkt aus hydrothermaler Flüssigkeit abgeschieden.

Diese Ergebnisse deuten auf die hydrothermale Aktivität von Petit-Spot als Grund für die Entstehung dieser Oxide und des Petit-Spot-Vulkans als tiefste bisher bekannte hydrothermische Stätte hin. Die Forscher fanden auch heraus, dass die chemischen und mineralischen Zusammensetzungen der Proben auf eine Hydrothermalaktivität mit niedriger Temperatur hinweisen.

Die Forscher führten dann eine Röntgenfluoreszenzspektroskopie durch, um die elementare Verteilung der Querschnitte der Probe zu identifizieren, und führten eine unabhängige Komponentenanalyse der elementaren Verteilungsdaten durch, um den Bildungsprozess dieser Fe-Mn-Oxide zu erläutern. Ihre Ergebnisse legen nahe, dass die Bildung dieser Fe-Mn-Oxide dann beginnt, wenn das Petit-Spot-Magma niedertemperaturige hydrothermale Flüssigkeit produziert, die über die Sedimentsäule nach oben fließt und an der Grenzfläche mit dem Meerwasser Mn-Oxide ausfällt.

Diese Mn-Oxidschicht, die Silikatabfall enthält, wächst dann abwärts zum Meeresboden, während mehr Mn-Oxid abgeschieden wird. Diese Rückstände werden schließlich verändert. Als nächstes werden Fe-Oxide auf dieselbe Weise an der Grenzfläche zwischen der niedertemperaturigen hydrothermalen Flüssigkeit und den Mn-Oxiden abgeschieden. Ein hydrogenetischer Rand wächst auf diesen Ablagerungen an der Oberfläche, die dem Meerwasser ausgesetzt ist, nachdem die Hydrothermalaktivität eingestellt wurde.

"Basierend auf früheren Forschungen können wir abschätzen, dass die hydrothermale Flüssigkeit von Petit-Spot-Vulkanen im Vergleich zur von der mittelozeanischen Rücken angereichert ist mit CO2 und Methan," erklärt Azami. "Das bedeutet, dass der elementare Beitrag von Petit-Spot-Hydrothermalaktivität weltweit potenziell wichtige Auswirkungen auf den globalen biogeochemischen Zyklus hat, insbesondere den Kohlenstoffzyklus."

Diese Ergebnisse unterstreichen das Vorhandensein einer Hydrothermalaktivität in kalten und alten ozeanischen Platten und betonen die Notwendigkeit weiterer Studien zu Petit-Spot-Vulkanen.

Journal information: Communications Earth & Environment

Provided by Waseda University