Schwarze Raucher en miniature

Die DFG hat dem Bremer Meeresforscher Prof. Wolfgang Bach bzw. der Universität Bremen Fördergelder in Höhe von 1,5 Millionen Euro bewilligt. Damit will der MARUM-Wissenschaftler in den kommenden fünf Jahren Laborexperimente durchführen und modellhaft untersuchen, welche Prozesse ablaufen, wenn aufgeheiztes Meerwasser in der Ozeankruste zirkuliert. Diese Vorgänge prägen u.a. die chemische Zusammensetzung der Ozeane und sind für die globalen Stoffkreisläufe von zentraler Bedeutung. Die Förderung erfolgt im Rahmen eines Reinhart Koselleck-Projekts, mit dem die DFG mehr Freiraum für besonders innovative Forschung bietet.

Der Meeresboden ist ein faszinierendes Untersuchungsobjekt. Er ist keineswegs ein versiegelter Block, sondern porös und von einem komplex verzweigten Netz an Rissen durchzogen. Diese Klüfte und Poren können dezimetergroß, aber auch Mikrometer winzig sein. Sie bieten Raum für den „Ozean unter dem Ozean“. Geoforscher schätzen, dass ständig etwa zwanzig Millionen Kubikkilometer Meerwasser im Meeresboden zirkulieren. Das sind ein bis zwei Prozent des gesamten Ozeanwassers und deutlich mehr, als das Schwarze Meer, das Mittelmeer und die Ostsee zusammen enthalten. An mittelozeanischen Rücken oder untermeerischen Vulkanen heizen Magmen das im Meeresgrund zirkulierende Wasser auf. Die Folge: ein chemischer Cocktail der besonderen Art.

Das Wasser nimmt Kalzium und Silizium auf und laugt bei Temperaturen von 350 bis 400 Grad Celsius Eisen, Mangan und andere Metalle aus der Ozeankruste. Weil das aufgeheizte, mit den gelösten Metallen beladene Wasser spezifisch leichter ist, bahnt es sich einen Weg durch die Klüfte und schießt als schwarzer „Rauch“ aus dem Meeresboden. Dort fällt ein Teil der gelösten Stoffe wieder aus. Bald besiedeln speziell angepasste Bakterien, Krebse und weitere Organismen die Austrittsstellen der Schwarzen Raucher, die sich so zu Oasen in der Tiefsee entwickeln.

So weit, so bekannt. Die Frage, wie das aufgeheizte Meerwasser mit den Gesteinen des Meeresbodens wechselwirkt, erinnert indes an die Quadratur des Kreises: „Einerseits sind die im Meeresboden ablaufenden chemischen Prozesse stark davon abhängig, wie durchlässig das Gestein ist, wie groß die Klüfte und Poren sind und wie sie verlaufen“, sagt Wolfgang Bach.

„Andererseits werden, wenn aufgeheiztes Wasser im Meeresboden zirkuliert, ständig Stoffe gelöst und wieder ausgefällt, was wiederum das Netz der Klüfte und Poren verändert – zum Beispiel in Hinblick auf ihre Durchlässigkeit.“ Kein Wunder also, dass Geowissenschaftler die im Meeresgrund ablaufenden komplexen Wechsel¬wirkungen erst ansatzweise beschreiben können.

Da es unerschwinglich wäre, diese Vorgänge fernab der Küsten in mehreren Tausend Meter Meerestiefe hinreichend systematisch zu untersuchen, holt sich Wolfgang Bach im Rahmen seines Koselleck-Projekts den Ozeangrund quasi ins heimische Labor: „Wir werden eine Durchströmungsanlage bauen, in die wir einen zylindrischen Kern von nur einem Zentimeter Durchmesser spannen. Dabei kann es sich um natürliche Gesteine oder um synthetisches Material handeln.“

Im Rahmen der Versuchsanordnung wird dieser Modell-Meeresboden dann quasi zum Schwarzen Raucher en miniature: mit bis zu 400 bar pressen die Wissenschaftler bis zu 250 Grad Celsius heißes Wasser durch den Kern. Dabei messen sie, wie sich die Durchlässigkeit des Materials und gleichzeitig die Zusammensetzung des Wassers verändert. Anschließend röntgen sie den Kern im Computertomografen, um Gefügeänderungen zu erfassen. Abschließend sollen die erhobenen Daten in ein Rechenmodell einfließen, dass die im realen Meeresboden ablaufenden Prozesse besser als bislang abbildet.

„Wir haben sicher einen langen Weg vor uns“, sagt Prof. Bach. Aber der MARUM-Wissenschaftler bleibt optimistisch: „Die DFG vergibt Koselleck-Fördergelder für beson¬ders innovative und im positiven Sinn risikobehaftete Projekte. Wir hoffen, dass wir am Ende unser System Erde und insbesondere global bedeutsame, im Meeresboden ablaufende Prozesse besser verstehen werden.“

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