Wie eine Stechmücke, die sich durch die Haut bohrt, um an das nahrhafte Mahl darunter zu gelangen, trieben Geologinnen und Geologen im vergangenen Jahr einen langen, schmalen Bohrer in die Erdkruste und förderten dabei einen geologischen Schatz zutage.
Das Ergebnis ist ein langer Gesteinszylinder, eine sogenannte Bohrkernprobe, mit der rekordverdächtigen Länge von 1,268 Metern (4,160 Fuß). Der Zylinder besteht aus magmatischem Gestein, das durch Meerwasser chemisch verändert wurde – ein Vorgang namens Serpentinisierung – und wurde nun untersucht, wobei seine Geheimnisse offengelegt wurden.
Dieser aus den Tiefen des Ozeans gewonnene Faden aus der Erdhaut ist ein Informationsspeicher, mit dem sich der rätselhafte Erdmantel besser erforschen lässt: jene Schicht aus festem vulkanischem Gestein zwischen Erdkruste und Erdkern.
„Wir haben einen 1268 Meter langen Abschnitt aus serpentinisiertem ozeanischem Mantelperidotit geborgen“, schreibt ein Team unter der Leitung des Petrologischen Geochemikers Johan Lissenberg von der Cardiff University im Vereinigten Königreich.
„Die nahezu lückenlose Bergung ermöglicht es, ein belastbares und quantitatives lithologisches, mineralogisches, strukturelles und alterationsbezogenes Inventar des oberen Mantels zu erstellen.“
Der Erdmantel und die Grenzen tiefer Bohrungen
Für uns Menschen an der Oberfläche bleibt der Erdmantel frustrierend schwer erreichbar. Selbst an ihrer dünnsten Stelle ist die Erdkruste 6 Kilometer (3.7 Meilen) dick.
Zwar verfügen wir über die technischen Mittel, von Kontinenten aus sehr tief zu bohren – wie das beeindruckende, 12,262 Meter tiefe Kola-Bohrloch in Russland zeigt –, doch die kontinentale Kruste ist wesentlich dicker als die ozeanische Kruste.
Auch vom Meeresboden aus werden wir den Mantel wohl nicht so bald erreichen. Dennoch bietet die ozeanische Kruste derzeit die besten Möglichkeiten, Proben für seine Untersuchung zu gewinnen. An bestimmten Orten befördert tektonische Aktivität Mantelmaterial in die Kruste, aus der es entnommen werden kann.
Ein tiefes Bohrloch am Meeresboden an einer durch Vulkanismus aufgeheizten tektonischen Plattengrenze anzulegen, ist allerdings, wie man sich vorstellen kann, weit leichter gesagt als getan. Frühere Versuche erreichten höchstens 200.8 Meter Tiefe; zudem konnten nur 47 Prozent des erbohrten Materials geborgen werden.
Rekordbohrung am Atlantis-Massiv
Die Arbeit von Lissenberg und seinem Team ist daher besonders bemerkenswert. Sie bohrten tief in eine Struktur unter dem Atlantischen Ozean, das Atlantis-Massiv. Dabei handelt es sich um ein riesiges Bergmassiv, das sich am Mittelatlantischen Rücken – einer Grenze zwischen zwei tektonischen Platten – rund 4,267 Meter über den Meeresboden erhebt. Das Massiv besteht aus dem Mantelgestein Peridotit und soll entstanden sein, als Mantelgestein durch die Kruste nach oben gedrückt wurde.
„Der ursprüngliche Plan war, ein flaches Bohrloch von rund 200 Metern anzulegen“, erklärte der Geologe Kuan-Yu Lin von der University of Delaware im vergangenen Jahr nach Abschluss der Bohrarbeiten.
„Doch zu unserer Überraschung wurde das Bohrloch immer tiefer, und die Bergungsraten waren außergewöhnlich hoch – etwas, das bei Bohrungen in solchen Gesteinen noch nie zuvor beobachtet worden war. Überwältigt von dem, was wir sahen, entschied die wissenschaftliche Gruppe, den Plan zu ändern und das Loch weiter zu vertiefen.“
Das Bohrloch mit der Bezeichnung Hole U1601C erreichte die Rekordtiefe von 1,268 Metern. Noch eindrucksvoller war das gewonnene Material: Den Forschenden gelang es, bemerkenswerte 71 Prozent der Bohrkernprobe zu bergen.
Wie das Massiv selbst besteht auch diese Probe aus Peridotit, einem grobkörnigen magmatischen Gestein, das fast vollständig aus Olivin und Pyroxen zusammengesetzt ist.
Serpentinisierung liefert neue Einblicke in den oberen Mantel
Trifft Meerwasser auf dieses Gestein, löst der Kontakt mit seinen Mineralen eine Reaktion aus, die Serpentinisierung. Dabei werden freiliegender Olivin und Pyroxen in Serpentinminerale umgewandelt; zugleich entstehen Kohlenwasserstoffe, die von Lebensformen am Meeresboden genutzt werden können. Für Geologinnen und Geologen erschwert dieser Prozess allerdings die Deutung des Gesteins – ähnlich wie Tinte, die im Regen gelegen hat und kaum noch lesbar ist.
Interessanterweise stellten die Forschenden fest, dass ihre Bohrkernprobe stark serpentiniert war. Selbst der am wenigsten veränderte Peridotit war über die gesamte Probenlänge zu 40 Prozent umgewandelt, was auf ein beträchtliches Eindringen von Meerwasser hindeutet. Trotzdem blieb die ursprüngliche Zusammensetzung des Gesteins besser erhalten als bei flacheren Bohrkernen und lieferte neue Erkenntnisse über den Mantel unter dem Atlantis-Massiv.
Das Team fand deutlich weniger Pyroxen als erwartet. Dies könnte darauf zurückgehen, dass sich Pyroxen auflöste, als das Gestein erhitzt wurde. Darüber hinaus zeigte sich, dass sich Gesteinsschmelze beim Aufstieg des Magmas schräg zur Mantelaufströmung vom festen Gestein wegbewegte – ein Ergebnis, das stark von bisherigen Modellen der Schmelzemigration abweicht.
Schließlich entdeckten die Forschenden Einschlüsse des magmatischen Minerals Gabbro. Der Peridotit in der Nähe dieser gabbroischen Einschlüsse weist starke Veränderungen auf, die mit der Einwirkung der hydrothermalen Umgebung zusammenhängen und in anderen Bereichen der Bohrkernprobe nicht zu erkennen waren. Das deutet darauf hin, dass Gabbro eine unerwartete Rolle in der Fluidgeochemie der lebensfördernden hydrothermalen Quellen des faszinierenden Lost City Hydrothermal Field spielt.
Die Untersuchungen zur genaueren Aufklärung der Prozesse, welche das Gestein geformt haben, werden fortgesetzt. Die bisherigen Ergebnisse zeigen jedoch bereits, wie wertvoll tiefe Bohrungen sein können.
„Die während Expedition 399 gewonnene umfassende Gesteinsdokumentation bietet zahlreiche Möglichkeiten, unser Verständnis des ozeanischen oberen Mantels grundlegend zu erweitern“, schreiben die Forschenden.
„Das Vordringen von Hole U1601C in den Untergrund des hydrothermalen Feldes Lost City ermöglicht es, die Grenzen und die Ausbreitung des Lebens in der ozeanischen Lithosphäre zu untersuchen, und bietet eine mögliche Plattform für künftige Experimente zur Geologie, Chemie und Biologie eines hydrothermalen Systems abseits der Achse.“
Die Studie wurde in Science veröffentlicht.
Kommentare
Noch keine Kommentare. Sei der Erste!
Kommentar hinterlassen