Lead
Wir werden uns an zwei internationalen Bohrkampagnen beteiligen: 1) IODP Expedition 357 zum Atlantis Massiv am Mittelozeanischen Rücken im Atlantik (30°N), mit G. Bernasconi Früh-Green als leitende (Co-chief) Wissenschaftlerin; und (2) Bohrungen in den Samail Ophiolithen in Oman als Teil des ICDP „Oman Drilling Project“. Unser Ziel ist es, die Umwandlungsprozesse (Serpentinisierung) von Mantelgesteinen zu untersuchen und die Verteilung von Kohlenstoff in Gasen, Mineralien und organischen Materialien zu bestimmen. Die Wechselwirkung von sauerstoffreichen Oberflächenwässer (Meerwasser, Grundwasser) mit Olivinen und Pyroxenen in Mantelperidotiten führt zu einem fundamentalen Umwandlungsprozess in den Gesteinen. Die so entstehenden extremen chemischen Bedingungen beeinflussen die Bildung der Karbonate und den Kohlenstoffkreislauf in vielfältiger Weise.

Lay summary

Serpentinisierung führt zu stark reduzierenden Bedingungen und fördert die abiotische Produktion von Wasserstoff und Methan sowie weiteren Formen von reduziertem Kohlenstoff. Diese können in Abwesenheit von Sonnenlicht von mikrobiellen Lebewesen als mögliche Energiequellen genutzt werden. Die Alteration von am Meeresboden oder an Land aufgeschlossenen Mantelgesteinen produziert stark alkalische Wässer.  Diese ermöglichen die Aufnahme von CO2 und führen im Kontakt mit Meer- oder Grundwasser zur Ausfällung von Karbonaten. Serpentinite sind somit wichtige Reservoirs für Kohlenstoff in Form von Karbonatmineralien sowie abiotisch und biotisch produziertem organischem Kohlenstoff. Dieser kann in den alten Mantelgesteinen hunderte Millionen Jahre gespeichert werden.

In diesem Projekt werden wir eine Kombination von mikrostrukturellen, mineralogischen und geochemischen, isotopenbestimmenden und spektroskopischen Methoden anwenden, um die Wechselwirkung von Fluiden und Peridotien zu untersuchen. Im Atlantis Massiv und den Samail Ophiolithen werden Herkunft, Verteilung und Kreislauf des Kohlenstoffs während der Serpentinisierung untersucht. Schlussendlich möchten wir besser verstehen, wie, wann und wo die Bildung von biotischen resp. abiotischen Kohlenstoffverbindungen begünstigt wird.

Unsere Fragen sind: Welche sind die wichtigste Kohlenstoffhaltige Phasen in Serpentiniten? Wie können abiotisch und biotisch fixierter Kohlenstoff in Serpentiniten unterschieden werden? Welche Rollen spielen die Serpentinisierung in Bezug auf Kohlenstoffbindung und Wasserstoffgenerierende Reaktionen in der Bildung und im Kreislauf von abiotischem und/oder biotischem Kohlenstoff? Wie unterscheiden sich diese Prozesse in marinen und meteorischen Systemen und wie kann die Sättigung an Kohlensäure und CO2-Bindung im natürlichen System quantifiziert werden?