Erforschung der Biosphäre im Lost City Hydrothermal Feld mit in-situ und multiplen Schwefelisotopen
Mineralogie, Petrologie und Geochemie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurden ultramafische Gesteine des Atlantis Massivs und dem Lost City Hydrothermalfeld durch die Kombination von mineralogisch-petrographischen Untersuchungen und multipler Schwefelisotopie (Analyse von 32S, 33S, 34S, 36S) von Gesamtgesteinensproben erforscht. Hauptziel dieser Studie war es, die mikrobielle Aktivität in den ultramafischen Gesteinen des Atlantis Massivs zu identifizieren sowie die hydrothermale Geschichte dieses Hydrothermalsystems zu rekonstruieren. Das Atlantis Massiv ist ein ozeanischer Kernkomplex und enthält hauptsächlich ultramafische und mafische Gesteine. Durch die Alteration der ultramafischen Gesteine entstehen Fluide, die reich an reduzierten Gasen wie H2, CH4 und anderer Kohlenwasserstoffverbindungen sind, die bei relativ geringen Temperaturen aus Karbonat-Bruzit-Kaminen des Lost City Hydrothermalfeldes ausströmen. Diese Fluide schaffen ideale Bedingungen für sulfat- und methanmetabolisierende Mikroorganismen und ermöglichen die Erforschung von Leben bei Bedingungen, wie sie beispielsweise auf der frühen Erde hätten vorkommen können. Mafische und ultramafische Gesteine wurden während der IODP Expedition 357 zum Atlantis Massiv im Herbst 2015 in 17 Bohrlöchern, an neun unterschiedlichen Sites entlang einer Ost-West-Traverse über das Atlantis Massiv genommen. Für dieses Projekt wurden ultramafische Proben von fünf der neun Sites analysiert. Diese untersuchten Proben werden durch starke mineralogische Heterogenitäten charakterisiert und beinhalten serpentinisierte Harzburgite und Dunite, Karbonat-geaderte Serpentinite, stark oxidierte Serpentinite sowie Talk±Chlorit-führende Serpentinite, die teilweise als Bänder in den Serpentiniten auftreten. Die Sulfidmineralogie und Schwefelchemie deutet darauf hin, dass die Gesteine durch jeweils unterschiedliche Prozesse dominiert werden. Gesteine mit positiven δ34S-Werten, die reich an Sulfiden sind, werden durch hochtemperierte Prozesse dominiert, die im Zusammenhang mit mikrogabbroischen Intrusionen stattgefunden haben und mit Talk und Chloritreichen Lagen assoziiert sind. Im Gegensatz dazu sind Tieftemperaturprozesse in Gesteinen dokumentiert, die entweder durch Sulfat dominiert werden oder solche, die durch negative δ34S-Werten in Sulfiden charakterisiert sind, die mikrobielle Sulfatreduktion aufzeigen. Das Sulfat wurde hauptsächlich während intensiver Meerwasser-Gesteinsinteraktion eingebaut, entstammt jedoch teilweise auch der Oxidation von Sulfidmineralen, die sich zuvor während der Gesteinsalteration gebildet haben. In allen untersuchten Gesteinen konnten die Auswirkungen von Oxidation beobachtet werden. Die Resultate dieser Studie zeigen jedoch, dass in ozeanischen Kernkomplexen ein komplexes Wechselspiel an Episoden magmatischdominierter Prozesse und Episoden der Tieftemperaturalteration stattfindet, die mikrobielle Aktivität ermöglicht. Dies wird daraus geschlossen, dass Mikrogabbros lokal nachfolgend an Serpentinisierung und partieller Oxidation die Gesteine intrudiert haben. Wir folgern daraus, dass mikrogabbroische Intrusionen das Temperaturregime in einer Weise verändern können, dass mikrobielle Aktivität lokal unterbrochen wird. Somit kontrollieren nicht nur die hydrothermalen Prozesse, sondern auch magmatische Aktivität die Anwesenheit einer Biosphäre in ultramafisch dominierten ozeanischen Kernkomplexen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2017). Influence of water-rock interaction on the sulfur geochemistry at the Atlantis Massif, MAR 30°N. Goldschmidt Abstracts, 2017 No. 2356
Liebmann, J., Schwarzenbach, E.M., Früh-Green, G. L., Strauss, H., Wiechert, U., John, T.
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(2018). Peridotite-fluid-microbe interaction in the oceanic lithosphere: insights from sulfur geochemistry. GeoBonn Abstract, 2018
Schwarzenbach, E.M., Liebmann, J., Früh-Green, G.L., Strauss, H., Wiechert, U., Gill, B.C., Johnston, D.
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(2018). Sulfur as a tracer for peridotite-fluid-microbe interaction in the oceanic lithosphere. Goldschmidt Abstracts, 2018
Schwarzenbach, E.M., Liebmann, J., Früh-Green, G.L., Boschi, C., Rouméjon, S., Strauss, H., Wiechert, U.
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(2018). Tracking water-rock interaction at the Atlantis Massif (MAR, 30°N) using sulfur geochemistry. Geochemistry Geophysics Geosystems, 19, 4561-4583
Liebmann, J., Schwarzenbach, E. M., Früh-Green, G. L., Boschi, C., Rouméjon, S., Strauss, H., Wiechert, U., John, T.
