Tektonische Entwicklung der Mariana Plattengrenze

Im Rahmen dieses Projektes sollen die Prozesse innerhalb der Oberplatte an einer aktiven Subduktionszone, entlang des Subduktionskanales, und die damit verbundene Umwandlung des Erdmantels der Philippinischen Platte anhand von Bohrkernen, die während der International Ocean Discovery Program Expedition 366 gwonen wurden, untersucht werden. Die Umwandlung des Erdmantels erfolgt unter Beteiligung von tief liegenden wässrigen Lösungen, die zur Serpentinisierung des Erdmantels führen. Diese Umwandlungsprodukte treten in Form von Serpentinitschlammvulkanen am Ozeanboden aus und bringen zusätzlich eine Reihe von Gesteinsfragmenten aus mehreren Kilometern Tiefe mit. Damit ist es möglich, tiefliegende Prozesse innerhalb der Erdkruste und des Erdmantels, und entlang von Subduktionszonen. Dazu wurden an acht Bohrlokationen im Bereich des Marianengrabens nordöstlich von Guam Ozeanbodengesteine erbohrt und beprobt. Die Fluide, die mit den Serpentinitschlämmen aufsteigen, stammen von der subduzierten Unterplatte (Pazifische Platte). Anhang von strukturgeologischen und geochemischen Analysen sollen systematische Variationen mit dem Abstand vom Marianengraben, und somit der Tiefe des subduzierten Unterplattenteiles, untersucht werden. Mit Daten aus Spurenelementanalysen, einschließlich Seltener Erdelemente können die Wechselwirkungenund chemischen Reaktionen zwischenwässrigen Lösungen und dem Erdmantel, und Temperaturen an der Fluidquelle, rekonstruiert werden. Mittels mikropaläontologischer Untersuchungen an Tiefseesedimenten im Bereich der Schlammvulkane kann der Zeitraum ihrer Aktivität bestimmt werden.

In diesem Projekt wurden die Prozesse innerhalb der Oberplatte und entlang des Subduktionskanals an einer aktiven Subduktionszone und die damit verbundene Umwandlung des Mantels der philippinischen Platte anhand von Bohrkernen aus drei Serpentinitschlamm-Seamounts auf dem Marianen-Forearc, die während der Expedition 366 des International Ocean Discovery Program (IODP) geborgen wurden, untersucht. Die Proben bestehen aus Serpentinitschlamm mit lithischen Klasten aus der darunter liegenden Lithosphäre des Forearcs und aus der subduzierenden pazifischen Platte. Die wissenschaftlichen Zielen des Projektes sind die Analyse der (1) Prozesse des Massentransports und des geochemischen Kreislaufs innerhalb des Forearcs, (2) räumlichen Variabilität von Fluiden innerhalb des Forearcs und Wasser-Gesteins-Reaktionen in der Subduktionszone und Supra-Subduktionszonen-Bereichen, (3) metamorphen und tektonischen Geschichte des Subduktionskanals, (4) Zeit und der Geschwindigkeit dieser Prozesse und (5) Einflüsse des Serpentinschlammvulkanismus auf die Umweltbedingungen. Mit abnehmender Entfernung zum Marianengraben wurde ein Trend zu abnehmender Serpentinisierungstemperatur und zunehmendem Alterationsgrad festgestellt. Mafische Gesteinsklasten wurden zur Rekonstruktion ihrer metamorphen und tektonischen Überprägung analysiert, um die Bedingungen am metamorphen Höhepunkt innerhalb des Subduktionskanals und die anschließende niedriggradige Überprägung während der Exhumierung aufzuzeigen. Blauschiefer, die metamorphe Drucke von mindestens 11 bis 13.8 kbar zeigen, wurden sehr wahrscheinlich exhumiert bevor sie von aufsteigenden, lokalisierten Serpentinen-Schlammströmen erfasst wurden. Dies deutet darauf hin, dass entlang der konvergierenden Marianen Plattengrenze ein Corner-Flow Mechanismus wirksam ist. Biostratigraphische Analysen von kalkhaltigen Nannofossilien und planktonischen Foraminiferen liefern wertvolle Informationen über die jüngste Phase der Seamount-Aktivität. Der Beginn der letzten Phase der Serpentinitschlammproduktion wurde zwischen 6.10 Millionen Jahre (spätes Miozän, Messinian) und 4.20 Millionen Jahre (frühes Pliozän, Zanclean) eingegrenzt. Die Ablagerung dieser Serpentinit-Schlämme wurde mit dem Beginn des Rifting im Marianen-Trog auf 7-6 Millionen Jahre korrelliert. Ein abrupter Wechsel in den Sedimentationsraten (11,80 bis 94,71 m pro Million Jahre) zwischen verschiedenen Schlammlagen konnte rekonstruiert werden, der möglicherweise mit regional auftretenden tektonischen Prozessen zusammenhängt (z.B., die Variation der Extension des Forearcs aufgrund des Rollbacks der Pazifischen Platte und/oder Phasen der Akkretion von Seamounts). Statistische Analysen von planktonischen Foraminiferen lassen zwei Populationen unterscheiden, die sich auf das Verhältnis zwischen Thermokline und mixed layer -Taxa beziehen, was auf Schwankungen in der Tiefe der Thermokline während des Pleistozäns hinweist. Schwankungen in der Tiefe der Thermokline spiegeln Veränderungen in der Intensität des nördlichen äquatorialen Stromes in Verbindung mit El-Niño/La-Niña-Bedingungen wider. Serpentinit-Schlammströme haben keinen Einfluss auf die Ökologie der planktischen Foraminiferen, verbessern aber möglicherweise ihre Konservierung gegen Auflösung. Benthische Foraminiferen werden durch den Serpentinit-Schlammvulkanismus stark beeinträchtigt und weisen eine hohe Diversität vor und nach dem Vulkanismus auf, was auf oligotrophe Bodenwasserbedingungen hindeutet, sind aber im Serpentinit-Schlamm selten.