Kiel – Wie tief Meerwasser durch Risse und Spalten in den Meeresboden eindringen kann, war bisher umstritten. Nun hat ein internationales Forscherteam unter der Leitung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel mit Hilfe eines neuen Analyseverfahrens herausgefunden, dass das Wasser in Tiefen von mehr als zehn Kilometer unterhalb des Meeresbodens vordringen kann. Dies hat einen stärkeren Kühlungseffekt des heißen Erdmantels zur Folge.

Heiße Quellen in der Tiefsee, aber auch Geysire an Land dokumentieren das Eindringen von Wasser in Schichten, in denen bereits sehr hohe Temperaturen herrschen. Dies geschieht vornehmlich in Regionen, wo die Erdkruste aufbricht und Magmakammern nahe an der Oberfläche liegen, wie zum Beispiel an mittelozeanischen Rücken. Doch wie tief dringt das Wasser durch Spalten ein und kühlt somit den oberen Teil des heißen Erdmantels?

Tiefes Wasser

Bisher war man davon ausgegangen, dass dieser Prozess nur wenige Kilometer tief reicht. Eine neue Analysemethode, die am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel entwickelt wurde, zeigt jetzt, dass Wasser offenbar viel tiefer in die Kruste eindringt, als bisher angenommen.

"Chlor ist das Schlüsselelement bei unseren Untersuchungen", erklärt Froukje van der Zwan, Erstautorin der Studie vom GEOMAR. "Es ist uns gelungen, diesen Indikator für Meereswasser in Basaltgestein auch in sehr geringen Konzentrationen nachzuweisen", so van der Zwan. In ihrer Doktorarbeit entwickelte sie eine neue Methode, um Chlor in Gesteinsproben, die am südlichen Mittelatlantischen Rücken und am Gakkel Rücken in der Zentralarktis gewonnen wurden, auf ihre Chlorgehalte hin zu untersuchen. Zusätzlich lässt sich durch eine chemische Analyse ausgewählter Kristalle in den untersuchten Gesteinen auch bestimmen, in welcher Tiefe das Chlor in das Gestein eingebunden wurde.

Gekühlte Kruste

"Wir mussten für unsere Analysen die sogenannte Elektronenstrahl-Mikrosonde, ein spezielles Raster-Elektronen-Mikroskop, an dem Spektrometer zur quantitativen Analyse von Haupt-, Neben- und Spurenelement-Konzentrationen angebracht sind, an ihr Limit bringen", erläutert van der Zwan. Die Mikrosonde, sowie andere notwendige Geräte standen am GEOMAR zur Verfügung. Ferner konnte dieses Ergebnis sogar theoretische Modelle, die am GEOMAR entwickelt wurden, verifizieren.

"Bisher vermutete man, dass hoher Druck und Temperaturen ein Eindringen von Wasser unterhalb von zehn Kilometern verhindert", so Colin Devey, Ko-Autor der in der Fachzeitschrift "Contributions to Mineralogy and Petrology" veröffentlichten Studie. "Wir können jetzt zeigen, dass das Wasser viel tiefer eindringt", so Devey weiter. Diese Erkenntnis ist für die Kühlung der ozeanischen Kruste und ihr Wärmebudget wichtig sowie für den Gesamtgehalt an flüchtigen Stoffen in der ozeanischen Kruste, die später im Mantel subduziert und recycelt werden. (red, 3.12.2017)