Wissenschaftler entdecken mysteriöse warme Flüssigkeit, die vom Meeresboden Oregons austritt

Von der University of Washington, 17. April 2023

Dieses Sonarbild der Pythias-Oase zeigt Blasen, die etwa zwei Drittel einer Meile tief und 50 Meilen vor Newport, Oregon, vom Meeresboden aufsteigen. Diese Blasen sind ein Nebenprodukt einer einzigartigen Stelle, an der warme, chemisch unterschiedliche Flüssigkeiten aus dem Meeresboden sprudeln. Forscher glauben, dass diese Flüssigkeit direkt aus der Cascadia-Megaschubzone oder Plattengrenze stammt und dabei hilft, den Spannungsaufbau zwischen den beiden Platten zu kontrollieren. Bildnachweis: Philip et al./Science Advances

Das Gebiet der Plattentektonik ist relativ neu und Forscher sind immer noch dabei, die Komplexität geologischer Verwerfungen aufzudecken, die Erdbeben verursachen. Eine dieser Verwerfungen, die Cascadia-Subduktionszone, ist eine potenziell katastrophale Offshore-Verwerfung im pazifischen Nordwesten, die noch nicht alle ihre Geheimnisse preisgegeben hat. Trotz seiner unheimlichen Ruhe ist es in der Lage, ein gewaltiges Beben der Stärke 9 auszulösen.

A study led by the University of Washington discovered seeps of warm, chemically distinct liquid shooting up from the seafloor about 50 miles off Newport, Oregon. Their research, published in the journal Science Advances<em>Science Advances</em> is a peer-reviewed, open-access scientific journal that is published by the American Association for the Advancement of Science (AAAS). It was launched in 2015 and covers a wide range of topics in the natural sciences, including biology, chemistry, earth and environmental sciences, materials science, and physics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Science Advances beschreibt die einzigartige Unterwasserquelle, die die Forscher Pythias Oase nannten. Beobachtungen deuten darauf hin, dass die Quelle aus Wasser 2,5 Meilen unter dem Meeresboden an der Plattengrenze stammt, wodurch die Belastung der Offshore-Verwerfung reguliert wird.

Das Team machte die Entdeckung während einer wetterbedingten Verzögerung einer Kreuzfahrt an Bord des Wohnmobils Thomas G. Thompson. Das Sonar des Schiffes zeigte unerwartete Blasenwolken etwa eine Dreiviertelmeile unter der Meeresoberfläche. Weitere Untersuchungen mit einem Unterwasserroboter ergaben, dass die Blasen nur ein kleiner Bestandteil einer warmen, chemisch unterschiedlichen Flüssigkeit waren, die aus dem Meeresbodensediment sprudelte.

„Sie erkundeten diese Richtung und was sie sahen, waren nicht nur Methanblasen, sondern Wasser, das wie ein Feuerwehrschlauch aus dem Meeresboden spritzte. Das habe ich noch nie gesehen und meines Wissens wurde es auch noch nie zuvor beobachtet“, sagte Co- Autor Evan Solomon, außerordentlicher Professor für Ozeanographie an der UW, der Meeresbodengeologie studiert.

Der Standort wurde während einer Expeditionskreuzfahrt des Regional Cabled Array im Jahr 2015 mit Aufnahmen des kanadischen ferngesteuerten Fahrzeugs ROPOS entdeckt. Als die Forscher die Blasenfahnen erforschten, entdeckten sie eine warme, chemisch unterschiedliche Flüssigkeit, die etwa 50 Meilen vor Newport, Oregon, aus dem Meeresboden sprudelte. Forscher gehen davon aus, dass diese Flüssigkeit direkt aus der Cascadia-Subduktionszone stammt und dabei hilft, den Spannungsaufbau zwischen den beiden Platten zu kontrollieren. Bildnachweis: Philip et al./Science Advances

Das Feature wurde vom Erstautor Brendan Philip entdeckt, der die Arbeit als Doktorand an der UW gemacht hat und jetzt als Politikberater im Weißen Haus arbeitet.

Observations from later cruises show the fluid leaving the seafloor is 9 degrees CelsiusThe Celsius scale, also known as the centigrade scale, is a temperature scale named after the Swedish astronomer Anders Celsius. In the Celsius scale, 0 °C is the freezing point of water and 100 °C is the boiling point of water at 1 atm pressure." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Celsius (16 degrees FahrenheitThe Fahrenheit scale is a temperature scale, named after the German physicist Daniel Gabriel Fahrenheit and based on one he proposed in 1724. In the Fahrenheit temperature scale, the freezing point of water freezes is 32 °F and water boils at 212 °F, a 180 °F separation, as defined at sea level and standard atmospheric pressure. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Fahrenheit) wärmer als das umgebende Meerwasser. Berechnungen deuten darauf hin, dass die Flüssigkeit direkt aus dem Cascadia-Megaschub kommt, wo die Temperaturen schätzungsweise 150 bis 250 Grad Celsius (300 bis 500 Grad Fahrenheit) betragen.

Die neuen Lecks stehen nicht im Zusammenhang mit der geologischen Aktivität am nahegelegenen Meeresbodenobservatorium, auf das die Kreuzfahrt zusteuerte, sagte Solomon. Stattdessen treten sie in der Nähe vertikaler Verwerfungen auf, die die massive Cascadia-Subduktionszone durchkreuzen. Diese Schlupffehler, bei denen Teile der Meereskruste und Sedimente aneinander vorbeigleiten, entstehen, weil die Meeresplatte in einem Winkel auf die Kontinentalplatte trifft und so die darüber liegende Kontinentalplatte belastet.

Der Flüssigkeitsverlust aus der Offshore-Megathrust-Grenzfläche durch diese Strike-Slip-Verwerfungen ist wichtig, da er den Flüssigkeitsdruck zwischen den Sedimentpartikeln senkt und somit die Reibung zwischen der ozeanischen und der kontinentalen Platte erhöht.

„Die Megathrust-Verwerfungszone ist wie ein Airhockey-Tisch“, sagte Solomon. „Wenn der Flüssigkeitsdruck hoch ist, ist es so, als ob die Luft eingeschaltet wäre, was bedeutet, dass die Reibung geringer ist und die beiden Platten verrutschen können. Wenn der Flüssigkeitsdruck niedriger ist, blockieren die beiden Platten – dann kann sich Spannung aufbauen.“

Aus der Verwerfungszone freigesetzte Flüssigkeit sei wie austretendes Schmiermittel, sagte Solomon. Das sind schlechte Nachrichten für die Erdbebengefahr: Weniger Schmiermittel bedeutet, dass sich Spannungen aufbauen können, die zu einem schädlichen Beben führen können.

Dies sei die erste bekannte Stätte dieser Art, sagte Solomon. In der Nähe könnten ähnliche Austrittsstellen für Flüssigkeiten existieren, fügte er hinzu, obwohl sie von der Meeresoberfläche aus schwer zu erkennen seien. Ein erhebliches Flüssigkeitsleck vor Zentral-Oregon könnte erklären, warum angenommen wird, dass der nördliche Teil der Cascadia-Subduktionszone vor der Küste Washingtons stärker verschlossen oder gekoppelt ist als der südliche Teil vor der Küste Oregons.

„Pythias Oasis bietet einen seltenen Einblick in Prozesse, die tief im Meeresboden ablaufen, und ihre Chemie legt nahe, dass diese Flüssigkeit aus der Nähe der Plattengrenze stammt“, sagte Co-Autorin Deborah Kelley, Professorin für Ozeanographie an der UW. „Dies deutet darauf hin, dass die nahegelegenen Verwerfungen den Flüssigkeitsdruck und das Megathrust-Gleitverhalten entlang der zentralen Cascadia-Subduktionszone regulieren.“

Solomon ist gerade von einer Expedition zur Überwachung von Unterwasserflüssigkeiten vor der Nordostküste Neuseelands zurückgekehrt. Die Hikurangi-Subduktionszone ähnelt der Cascadia-Subduktionszone, erzeugt jedoch häufigere, kleinere Erdbeben, was die Untersuchung erleichtert. Aber es hat eine andere Struktur unter dem Meeresboden, was bedeutet, dass es unwahrscheinlich ist, dass Flüssigkeit austritt, wie sie in der neuen Studie entdeckt wurde, sagte Solomon.

Referenz: „Flüssigkeitsquellen und Überdrücke innerhalb der zentralen Cascadia-Subduktionszone, aufgedeckt durch ein warmes Meeresbodensickern mit hohem Fluss“ von Brendan T. Philip, Evan A. Solomon, Deborah S. Kelley, Anne M. Tréhu, Theresa L. Whorley, Emily Roland, Masako Tominaga und Robert W. Collier, 25. Januar 2023, Science Advances.DOI: 10.1126/sciadv.add6688

Die Forschung wurde von der National Science Foundation finanziert. Weitere Co-Autoren sind Theresa Whorley, die die Arbeit als Doktorandin an der UW gemacht hat und jetzt als Umweltberaterin in Seattle arbeitet; Emily Roland, ehemaliges Fakultätsmitglied der UW, jetzt an der Western Washington University; Masako Tominaga von der Woods Hole Oceanographic Institution; und Anne Tréhu und Robert Collier an der Oregon State University.