SFB 574: Volatile und Fluide in Subduktionszonen

Klimarückkopplungen und Auslösemechanismen von Naturkatastrophen

 

Die Erde ist kein starrer, sondern ein dynamischer Planet: Erdplatten treiben an den mittelozeanischen Rücken auseinander, reiben sich seitlich aneinander (z.B. an der San Andreas Störung in Kalifornien), oder treffen aufeinander: Dabei taucht die schwerere (ozeanische) unter die leichtere (ozeanische oder auch kontinentale) Platte in sogenannten Subduktionszonen ab, oder es türmen sich Gebirge wie Himalaya und Alpen auf, wenn ganze Kontinente kollidieren. Es ist noch viel Forschungsarbeit nötig, bevor wir die gewaltigen Antriebskräfte, ihre Ursachen und Auswirkungen wirklich verstehen. Doch deutlich sichtbar werden die dynamischen Prozesse der Plattentektonik gerade an Subduktionszonen oft durch katastrophale Auswirkungen: starke Erdbeben, Vulkanausbrüche, Hangrutschungen und Tsunamis.
 

Subduktionsschema

Seitenansicht einer Subduktionszone. Die mit A, B, und C gekennzeichneten Rechtecke markieren Bereiche, in denen zu den unten aufgeführten Fragen aktiv geforscht wird.

 

Die Stärke und Häufigkeit solcher Naturkatastrophen wird von der Dynamik des Subduktionsvorgangs kontrolliert, daneben aber auch vor allem von flüchtigen Stoffen (Volatile) wie Wasser, Kohlendioxid oder Schwefel. Diese werden wie auf einem Förderband mit der abtauchenden Platte in den Erdmantel transportiert und dabei schrittweise wieder freigesetzt. Sie begünstigen die Entstehung von Magmen, die sich zusammen mit den gelösten Gasen ihren Weg nach oben bahnen und durch Vulkaneruptionen die Gase in die Atmosphäre entlassen, wo sie das Klima weltweit beeinflussen können.

Von 2001 bis 2012 erforschten über 45 Wissenschaftler im Sonderforschungsbereich 574, wie sich der Transport der flüchtigen Stoffe durch die Subduktionszone auf Klima und Naturkatastrophen auswirkt. Nachdem in den ersten beiden Phasen des SFB 574 von 2001 bis 2007 die Mittelamerikanische Subduktionszone von Costa Rica bis Guatemala im Mittelpunkt stand, wurde in der dritten Phase die Subduktionszone von Chile untersucht. Vergleichende Untersuchungen verschiedener Systeme sind notwendig, denn Rahmenbedingungen wie Geschwindigkeit und Winkel der abtauchenden Platte ändern sich regional.

Die Forscher gingen dabei folgenden Fragen nach:


A) Struktur und Tektonik der Subduktionszone

  • Welche Wege suchen sich Fluide und Gase durch das System der Subduktionszone? Wo werden sie gespeichert, wo wieder freigesetzt?
  • Wie beeinflussen diese Prozesse die Stärke und Häufigkeit von Erdbeben? Und wie beeinflussen diese wiederum den Vulkanismus?
  • Wie groß sind die Risiken, dass Hangrutschungen unter Wasser auftreten und Tsunamis ausgelöst werden?

B) Materialeintrag in die Subduktionszone und Fluidausstoß im Meer

  • Welche Fluid-Mengen werden in die Subduktionszone hinein transportiert, und welcher Teil davon kann wieder an die Oberfläche des Meeresbodens entkommen?
  • Welche Mengen des klimarelevanten Gases Methan werden an Cold Seeps, den submarinen Kaltwasserquellen am Kontinentalhang, freigesetzt?
  • Welchen Einfluss haben Veränderungen der Umweltbedingungen und die Aktivität von Mikroorganismen auf die Zusammensetzung der austretenden Flüssigkeiten?

C) Von der abtauchenden Platte bis in die Atmosphäre

  • Über welche Wege gelangen Fluide und Gase aus der abtauchenden Platte wieder in die Atmosphäre?
  • Welchen Einfluss haben Fluide auf die Umwandlung der Gesteine, die im Erdinneren immer höheren Drucken und Temperaturen ausgesetzt werden? Wie beeinflussen die dabei in der Tiefe freigesetzten Fluide die Entstehung von Magmen?
  • Welche und wie viele Gase werden durch vulkanische Aktivitäten in die Atmosphäre freigesetzt? Wie beeinflussen diese Gasausstöße unser Klima?