Thermisches Recycling von Meeressedimenten

An destruktiven Plattengrenzen in der Tiefsee, den so genannten Subduktionszonen, wird Meeresboden wiederaufgearbeitet. An diesen Recycling-Stationen der Erde werden kalte ozeanische Kruste und darauf liegende wasserhaltige Sedimente des Meeresbodens quasi Huckepack in den heißen Erdmantel versenkt (subduziert).

Wichtige Fragen sind, ob und wie Meeressedimente im Erdmantel zu den Stoffkreisläufen der Erde beitragen und ob sie dort schmelzen oder lediglich wasserreiche, flüssigkeitsähnliche Fluide freisetzen?

Eine Studie unter Federführung Kieler Meeresforscher liefert anhand der geochemischen Zusammensetzung von Vulkangesteinen aus Kamtschatka, eine der vulkanisch und seismisch aktivsten Zonen der Erde, neue Erkenntnisse. Hierfür wurden moderne, hochpräzise analytische Verfahren eingesetzt. Die Autoren der Studie zeigen, dass Meeressedimente in den Recycling-Stationen der Erde in Tiefen ab etwa 100 -120 km schmelzen können, in geringeren Tiefen aber lediglich wasserreiche Fluide, freisetzen (siehe Abbildung). Die vorliegende Studie bestätigt damit neue thermisch-geophysikalische Modelle, die ein Aufschmelzen von Meeressedimenten in den Recycling-Stationen der Erde voraussagen. "Ältere Modellstudien haben zu geringe Temperaturen für die Oberfläche der subduzierten Platte vorhergesagt und diese wären zu niedrig für das Schmelzen der Sedimente gewesen", so Dr. Svend Duggen vom IFM-GEOMAR. "Unsere geochemischen Analysen der Vulkangesteine unterstützen neuere Berechnungen, aufgrund derer in großen Tiefen die Temperaturen für ein Schmelzen der Meeressedimente an der Oberfläche der Platte ausreichen sollten. In geringeren Tiefen überwiegt der Entwässerungseffekt durch die Freisetzung von Fluiden", so Duggen weiter. Die Erkenntnisse tragen zu einem besseren Verständnis von Prozessen in den Recycling-Stationen der Erde bei, Ursprungsgebiete für Naturgefahren wie Vulkanismus und Erdbeben.

Abbildung: Querschnitt durch eine Recycling-Station der Erde (Subduktionszone) am Beispiel von Kamtschatka. Die ozeanische Lithosphäre (grau) versenkt in Pfeilrichtung quasi Huckepack ozeanische Kruste einschließlich wasserhaltiger Meeressedimente. Diese entwässern bis in Erdmanteltiefen von rund 100 km zunächst wasserreiche, flüssigkeitsähnliche Fluide (1) und schmelzen bei größeren Tiefen auf (2). Dadurch werden in den Zonen 1 und 2 unterschiedliche chemische Elemente aus den Meeressedimenten mobilisiert und führen zu unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung von Laven der darüber liegenden Vulkane (orange und rote Stoffkreisläufe). Große Vulkaneruptionen tragen wiederum mit großen Aschemengen zum Aufbau von Meeressedimenten bei. Die Recycling-Station füttert sich selbst.

Duggen, S., Portnyagin, M., Baker, J., Ulfbeck, D., Hoernle, K., Garbe-Schönberg, D., Grassineau, N.:
Drastic shift in lava geochemistry in the volcanic-front to rear-arc region of the Southern Kamchatkan subduction zone: Evidence for the transition from slab surface dehydration to sediment melting.
In: Geochimica et Cosmochimica Acta; Volume 71, Issue 2 , 15. Januar 2007, DOI 10.1016/j.gca.2006.09.018

Quelle: Leibniz-Institut für Meereswissenschaften, jetzt GEOMAR

Aktualisiert am 15.01.2007.

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