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Sub project: Influence of fluids from the ocean crust on growth and activity of deep-biosphere populations (IODP Leg 301)

Das Projekt "Sub project: Influence of fluids from the ocean crust on growth and activity of deep-biosphere populations (IODP Leg 301)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Institut für Chemie und Biologie des Meeres durchgeführt. The sediment column of IODP Site 1301 of the eastern flank of the Juan de Fuca Ridge (water depth: 2650 m, sediment coverage: 265 m) is characterised by a diffusive flow of hydrothermal fluids from the underlying ocean crust, a steep temperature gradient of 0.23 degree C/m and two sulfate-methane transition zones. One goal of our project is to understand the role of fluids as a driving force for the marine deep biosphere by introducing electron acceptors to deeply buried sediments. This hypothesis was supported by cell quantification and activity measurements along the sediment column. Elevated cell numbers at the sediment-basement interface gave the first evidence for a microbial community stimulated by crustal fluids. Potential phosphatase activity was enhanced in phosphate-depleted layers towards the sediment-basement interface. Rates of sulfate reduction and anaerobic oxidation of methane were elevated within the lower sulfate-methane transition zone. Further investigations are focussed on isolation and characterisation of indigenous microorganisms. Molecular screening, used to determine the microbial composition of enrichment cultures from all sediment layers, revealed different phylotypes. However, as we are dealing with slowly growing prokaryotes, they need up to six months to form a colony. Therefore, the isolation and characterisation of new isolates and the preparation of publications will be finished until the end of the application period.

Teilprojekt: Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen in hydrothermalen Systemen bei Fluid-Gas- Gleichgewichtsbedingungen: eine experimentelle Studie bei Site 1309

Das Projekt "Teilprojekt: Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen in hydrothermalen Systemen bei Fluid-Gas- Gleichgewichtsbedingungen: eine experimentelle Studie bei Site 1309" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kiel, Institut für Geowissenschaften, Arbeitsgruppe Experimentelle und Theoretische Petrologie durchgeführt. Die meisten langsam spreizenden mittelozeanischen Riftsysteme (MOR) befinden sich in Wassertiefen von mehr als 3000 m. Dies trifft auch auf das Hydrothermalfeld 5 Grad S des Mittelatlantischen Rückens (MAR) zu. Es zeichnet sich durch sehr hohe Austrittstemperaturen, hohe Konzentrationen gelöster Metalle und ein ungewöhnliches Spurenelementmuster (REE) aus. Die Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen (W-G) in hydrothermalen Systemen bei diesen hohen Drücken (p) und Temperaturen (T) sind bis jetzt nicht gut verstanden. Es werden daher experimentell die W-G bei den vorherrschenden p-T-Bedingungen des MAR 5 Grad S Hydrothermalfeldes untersucht. Ziel ist es, (1) Verteilungskoeffizienten von REE und ausgewählten Metallen zwischen den koexistierenden Phasen (inklusive der sich während des Experimentes gebildeten Alterationsminerale) abzuleiten, (2) die zeitaufgelöste Veränderung der Mineralparagenesen aufzuschlüsseln und (3) darauf aufbauend Modellierungen bezüglich der Veränderungen der Fluidchemie und der Mineralchemismen durchzuführen. Als Startmaterial werden Atlantik-Tiefenwasser und natürliche unalterierte magmatische Gesteine des IODP Bohrkerns U1309D (Gabbro: 1020 m bsl, Olivin-Gabbro: ca. 1050 m bsl, Troctolith: ca. 1125 m bsl; in der ersten Förderphase wurden nur Experimente mit Gabbro durchgeführt) verwendet. Zusätzlich zu den experimentellen Arbeiten werden die Element-Konzentrationen der natürlichen Sekundärminerale in den alterierten basaltischen und gabbroiden Gesteinsfragmenten des Bohrkerns U1309D bestimmt und mit Literaturdaten verglichen. Dieser Ansatz bietet zum einen eine bessere Interpretationsbasis für die Mineralchemie und insbesondere REE Muster der experimentell neu gebildeten Sekundärminerale und erlaubt im Gegenzug präzisere Aussagen über die für die Modellierungen der Hydrothermalsysteme wichtigen W-G nicht nur für IODP Site U1309D, sondern auch für andere hochtemperierte Hydrothermalsysteme an MOR.

Teilprojekt: Fraktionierung nicht-traditioneller Isotopensysteme bei der magmatischen Differentiation: In situ Fe-Mg-Isotopenanalysen von Pheno-Kristallen mit Femtosekunden-Laserablation-MC-ICP-MS

Das Projekt "Teilprojekt: Fraktionierung nicht-traditioneller Isotopensysteme bei der magmatischen Differentiation: In situ Fe-Mg-Isotopenanalysen von Pheno-Kristallen mit Femtosekunden-Laserablation-MC-ICP-MS" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik durchgeführt. Im Rahmen des vorliegenden Projekts wollen wir die Fraktionierung nicht-traditioneller Isotopensysteme Fe und Mg von Phenokristallen (Olivin, Kpx) in Basalten untersuchen, um ein besseres Verständnis über die zeitliche Entwicklung magmatischer Systeme zu bekommen. Die Ergebnisse, die wir während der ersten Förderperiode erzielt haben, zeigen, dass kleinmaßstäbliche Isotopenzonierungen in Olivinen aus ozeanischen Basalten mittels Laserablation-Plasma-Massenspektrometrie zuverlässig aufgelöst werden können. Wir sind damit in der Lage, diffusive Prozesse, die in einem Mineral stattfanden, nachzuweisen und Zeitinformationen durch die Modellierung dieser Prozesse zu erhalten. In der zweiten Förderperiode möchten wir unser neu entwickeltes Analyseverfahren an Klinopyroxen-Phenokristallen in Basalten von ozeanischen Rücken anwenden. Die wichtigsten Fragestellungen hierbei sind: (1) Ist die Zonierung von Fe- und Mg-Isotopen in Klinopyroxenen vergleichbar mit jener, die wir in Olivinen beobachten, und ist sie mit einer chemischen Zonierung korreliert? (2) Können wir diese Zonierungen verwenden, um Zeitinformationen über magmatische Prozesse zu erhalten? (3) Wie sind diese Zeitinformation im Vergleich zu den aus den zonierten Olivinen gewonnenen Daten zu bewerten? Darüber hinaus möchten wir Olivine in Basalten vom ozeanischen Plateau Shatsky Rise untersuchen, um Daten über die zeitliche Entwicklung magmatischer Systeme mit besonders großen Magmavolumina zu erhalten. Des weiteren streben wir nach einem besseren Verständnis der diffusiven Fraktionierung stabiler Isotope in Kristallen. Wir arbeiten daher an einem Multikomponenten-Diffusionsmodell, dass den gekoppelten Transport von Fe- und Mg-Isotopen in einem Kristall adäquat beschreibt.

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