Morphodynamik submariner Fächer

Die größten Sedimentumlagerung auf unserem Planten finden unter Wasser, in Form von submarinen gravitativen Sedimentströme statt. Diese bilden am Fuß von Kontinentalrändern die mitunter mächtigsten Sedimentablagerungen in so genannten Tiefseefächer. Dort kommt es auch zur Ablagerung großer Mengen von organischem Kohlenstoff und es wird angenommen, dass submarine Fächer bedeutende CO2 Speicher darstellen. Zudem können gravitative Ströme Mikroplastik in die Tiefsee transportieren, wobei in submarinen Canyons die mitunter höchsten Mikroplastikkonzentrationen belegt sind. Die Vorhersage von Geometrien submariner Fächersysteme und damit verbundener Strömungsprozesse hat sich daher zu einem wichtigen Arbeitsfeld für Erdwissenschaftler/innen entwickelt. Ein spannender, neuartiger Ansatz um Geometrien von Sedimentfächern vorherzusagen, ist die Auswertung relevanter Strömungsparameter anhand resultierenden Sedimentstrukturen, insbesondere im überkritischen Fließregime mit den stärksten Sedimentströmungen in die Tiefsee. Forschungsfragen (1) Wie häufig treten Ablagerungen aus superkritischen Strömungen auf und welche Faktoren bestimmen ihre Verteilung in submarinen Sedimentfächern? (2) Wie können wir Ablagerungen aus superkritischen Strömungen im geologischen Aufschluss von Sedimentgesteinen, welche ursprünglich in Tiefseefächern abgelagert wurden) und aus rezenten, aktiven Systemen aussagekräftig miteinander vergleichen? Methoden Zur Bearbeitung der o.g. Forschungsfragen wenden wir einen multidisziplinären Ansatz an, bestehend aus geologischer Feldarbeit, Laboranalysen, und Interpretation hochauflösender Karten des Meeresbodens: (1) Wir untersuchen Ablagerungen aus superkritischen Strömungen in verschiedenen geologischen Kontexten und an Lehrbuchaufschlüssen in Frankreich (Annot Sandstein) sowie Österreich (Gosau Gruppe) (betrifft Forschungsfrage 1.). (2) Hochauflösende Computertomographie (mikro-CT) ermöglicht es uns, Mikrogefüge von sedimentären Ablagerungen superkritischer Ströme zu charakterisieren. Wir nutzen Messungen an Proben der aufgeschlossenen Gesteine um Kriterien zu entwickeln, anhand derer wir superkritische Ströme in Bohrkernen aus dem rezenten Kumano Becken (vor der Südwestküste Japans) identifizieren können (betrifft Forschungsfrage 2). (3) Für einen großräumigen Überblick vergleichen wir größere Aufschlussbereiche mit hochauflösenden Karten des Meeresbodens und seismischen Daten des Kumano Beckens (betrifft Forschungsfrage 2). Innovationen Über die letzten Jahre haben Fortschritte in digitaler Modellierung und künstlicher Intelligenz, und deren Anwendung auf geophysikalische Daten, einen wichtigen Beitrag zu unserem erdwissenschaftlichen Verständnis geleistet. Dennoch ist ein fundiertes Wissen traditioneller Geologie und grundlegender Konzepte essentiell, um ein verlässliches geologisches Modell zu erhalten. Mit diesem Projekt verfolgen wir einen innovativen Ansatz, der darauf abzielt, Aufschluss-basierte Modelle zu entwickeln, die auf künftige marine geophysikalische Daten angewendet werden können, und umgekehrt. Des Weiteren setzen wir mit mikro-CT eine Technologie ein, deren Auflösung um zwei Größenordnungen über der medizinischer CT Maschinen liegt. Damit ist es uns möglich, Kriterien für Mikrogefüge zu definieren, mit denen wir anhand von Aufschluss- und Sedimentkernproben Rückschlüsse auf die Strömungskritikalität ziehen können.