{"id":41,"date":"2022-03-14T11:25:37","date_gmt":"2022-03-14T11:25:37","guid":{"rendered":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/geotraces\/?p=41"},"modified":"2022-03-14T11:25:37","modified_gmt":"2022-03-14T11:25:37","slug":"sampling-the-hydrothermal-plume-on-the-east-pacific-rise-and-first-results-of-our-on-board-analysis","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/geotraces\/2022\/03\/14\/sampling-the-hydrothermal-plume-on-the-east-pacific-rise-and-first-results-of-our-on-board-analysis\/","title":{"rendered":"Sampling the hydrothermal plume on the East Pacific Rise and first results of our on-board analysis"},"content":{"rendered":"\n

Weekly Report \/ Wochenbericht SO289<\/strong><\/p>\n\n\n\n

(Deutsche Version unten)<\/em> <\/p>\n\n\n\n

Progress:<\/strong> We have had a successful week, with daily station occupations with smooth CTD casts and in-situ pump deployments. We have made steady progress west towards Noumea along our 31.5\u00b0S latitude cruise track. We have speeded up progress by combining our CTD casst with in situ pump deployments at the super stations, which occur every fourth station. At the superstations we take samples for a range of isotopes (Pb, Fe, Cd, Zn, Nd, Ba, Si, Th Pa) and also collect particles on filters in the water column using a total of eleven in situ pumps. The pumps are deployed up to a depth of 2500 metres and pump for a period of three hours before being recovered.<\/p>\n\n\n\n

The weather has been kind to us, but the last few days the wind has increased, and so have the waves. Today we had six to seven Beaufort winds and waves up to four metres. This is no problem for the deployments of the CTD frames on the SONNE, but we postponed the in situ pump deployment until tomorrow when winds will be down to two to three Beaufort.<\/p>\n\n\n\n

Nutrient and dissolved oxygen observations<\/strong>. <\/em>Andre Mutzberg with assistance by Tabea von Keitz and Lea Blum are very busy in the SONNE lab with the analyses of nutrients (auto analyser) and oxygen (Winkler titrations), and also working up the data. Fig. 2 shows a section of oxygen, salinity, silicic acid and nitrate along our cruse track. The key feature in the oxygen section are the low oxygen waters (less than 50 micromole per kilogramme) emanating from the Chilean shelf. The oxygen depletion is caused by sinking of large amounts of phytoplankton debris that are remineralised at depth with an associated consumption of oxygen. Strong phytoplankton blooms occur on the eastern boundary of the South Pacific due to upwelling of deep nutrient rich waters. The salinity section indicates fresher surface waters towards the Chilean shelf, with increases in surface water salinity towards the centre of the South Pacific gyre, as a result of net evaporation over precipitation. \u00a0The nutrient sections show very strong depletion in surface waters due to uptake by phytoplankton and low supply rates, with nutrient enrichment in subsurface waters related to remineralisation of sinking organic particles with a release of nutrients, and also the presence of Antarctic Intermediate Waters (800-1500 metres).<\/p>\n\n\n\n

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Figure 2: Section plots of dissolved oxygen, salinity, silicic acid and nitrate in the South Pacific. Nutrient analysis by Andre Mutzberg. Figure produced by Chris Galley.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Abbildung 2: Schnittdarstellungen von gel\u00f6stem Sauerstoff, Salzgehalt, Kiesels\u00e4ure und Nitrat im S\u00fcdpazifik. N\u00e4hrstoffanalyse von Andre Mutzberg. Abbildung erstellt von Chris Galley.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

East Pacific Rise: <\/strong>The South Pacific hosts large underwater volcanoes and hydrothermal vents along the East Pacific Rise, an underwater ridge in the middle of the ocean situated between spreading tectonic plates where magma from the earth\u2019s mantle rises. The vents emit hot fluids into the deep ocean at about 2500 metres water depth. They contain high concentrations of iron and other elements that are required by phytoplankton for their growth. The plumes of iron in the deep waters are thought to be transported southwards and to reach the surface waters in the Southern Ocean, which is the largest region in the world\u2019s ocean where phytoplankton growth is limited by iron. The expedition will assess the hydrothermal iron inputs and use tracers and modelling approaches to determine their impact on Southern Ocean productivity.<\/p>\n\n\n\n

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Figure 3a: Vertical profiles of particles (as indicated by or turbidity sensor), oxygen and salinity, library photo of black smoker on the East Pacific Ridge at 21\u00b0S; Fig. 3b position of the station on the EPR north of the microplate, and Fig. 3c the bathymetry of the cruise section with the EPR station indicated with a schematic of the magmatic heat source and hydrothermal fluids. \/ Abb. 3a: Vertikale Profile von Partikeln (angezeigt durch einen Tr\u00fcbungssensor), Sauerstoff und Salzgehalt, Bibliotheksfoto des Schwarzen Rauchers auf dem Ostpazifischen R\u00fccken bei 21\u00b0S; Abb. 3b Position der Station auf dem EPR n\u00f6rdlich der Mikroplatte und Abb. 3c die Bathymetrie des Fahrtabschnitts mit der EPR-Station, die mit einem Schema der magmatischen W\u00e4rmequelle und der hydrothermalen Fluide angezeigt wird. Figure by Chris Galley and Sarah Moriarty. Black smoker photo: U.S. Geological Survey,\u00a0Department of the Interior, W.R. Normark.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

In hydrothermal systems, seawater penetrates the permeable oceanic crust, and is heated during its passage down. The seawater will react with basalt that overlies the rising magma at depths of one to two kilometres (Fig. 3c), and rises and is expulsed as hot altered seawater at the seafloor (Fig. 3a). The emitted fluids are acidic, sulfur-rich and enriched in metals like iron, manganese, copper. Iron sulfide and oxide particles will rapidly form in the buoyant plume upon mixing with oxygen rich deep ocean waters, and a large part of the particles will sink. The plume will rise a few hundred meters above the seafloor before being transported away from the vent site by deep ocean currents. A fraction of the dissolved metals will remain in solution, and ultimately reach the surface ocean<\/p>\n\n\n\n

On Wednesday March 9, we conducted a super station on the East Pacific Rise at 31.5\u00b0S, 111.9\u00b0W, just north of the Juan Fernandez microplate (Fig 3b). The EPR station was positioned between the Pacific and Nazca tectonic plates. The region is well known for its hydrothermal plumes, and we were very much looking forward to finding them.<\/p>\n\n\n\n

The team on board identified a very distinct plume in the signal of the turbidity sensor that measures particle concentrations in the water column (Fig. 3a). The particles will be made up of iron sulfides and iron oxides, with other metals adsorbed onto them. In-situ water pumps were deployed at the stations and collected the iron-rich particles in the hydrothermal plume at a depth of 2200 metres. The filters from the pumps will be brought back to land for chemical, biological and mineralogical (EDX and synchrotron) analysis.<\/p>\n\n\n\n

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Figure 4: Dissolved aluminium profile for station above the East Pacific Rise. \/ Profil des gel\u00f6sten Aluminiums f\u00fcr die Station oberhalb des Ostpazifikanstiegs. Graph: Te Liu.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

On board of SONNE, GEOMAR PhD student Te Liu is conducting measurements of dissolved aluminium in the water column. Results for the station above the hydrothermal vent at the EPR is shown in Figure 4, and shows enhanced concentrations in surface waters associated with atmospheric inputs of aluminium (derived from lithogenic dust deposition). The profile also shows increased concentration towards the seafloor which are associated with inputs from the hydrothermal systems, and perhaps also release from seafloor sediments.<\/p>\n\n\n\n

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Beprobung der Hydrothermalfahne auf dem Ostpazifikanstieg und erste Ergebnisse unserer Analyse an Bord<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Fortschritte:<\/strong> Wir hatten eine erfolgreiche Woche mit t\u00e4glichen Stationsbesetzungen mit reibungslosen Eins\u00e4tzen von CTD- und In-situ-Pumpen. Wir haben unserem Fahrtweg entlang des 31,5\u00b0S Breitengrades stetig nach Westen in Richtung Noumea fortgesetzt und kommen nun schneller voran, da wir die CTD-Eins\u00e4tze mit den Pumpeins\u00e4tzen an den “Superstationen” kombiniert haben, die an jeder vierten Station stattfinden. An den “Superstationen” nehmen wir Proben f\u00fcr eine Reihe von Isotopen (Pb, Fe, Cd, Zn, Nd, Ba, Si, Th Pa) und sammeln auch Partikel auf Filtern in der Wassers\u00e4ule mit insgesamt elf In-situ-Pumpen. Die Pumpen werden bis zu einer Tiefe von 2500 Metern eingesetzt und pumpen drei Stunden lang, bevor sie wieder eingeholt werden.<\/p>\n\n\n\n

Das Wetter hat es gut mit uns gemeint, aber in den letzten Tagen hat der Wind zugenommen, und damit auch die Wellen. Heute hatten wir sechs bis sieben Beaufort Wind und Wellen bis zu vier Metern H\u00f6he. Das ist kein Problem f\u00fcr den Einsatz der CTD-Rahmen auf der Sonne, aber wir haben den Einsatz der In-situ-Pumpe auf morgen verschoben, wenn der Wind auf zwei bis drei Beaufort abgeflaut sein wird.<\/p>\n\n\n\n

Beobachtungen von N\u00e4hrstoffen und gel\u00f6stem Sauerstoff: <\/strong>Andre Mutzberg ist mit Unterst\u00fctzung von Tabea von Keitz und Lea Blum im SONNE-Labor mit der Analyse der N\u00e4hrstoffe (Autoanalysator) und des Sauerstoffs (Winkler-Titrationen) und der Aufbereitung der Daten besch\u00e4ftigt. Abb. 2 zeigt einen Schnitt von Sauerstoff, Salzgehalt, Kiesels\u00e4ure und Nitrat entlang unserer Krustenstrecke. Das Hauptmerkmal im Sauerstoffabschnitt sind die sauerstoffarmen Gew\u00e4sser (weniger als 50 Mikromol pro Kilogramm), die vom chilenischen Schelf ausgehen. Die Sauerstoffverarmung wird durch das Absinken gro\u00dfer Mengen von Phytoplankton-Resten verursacht, die in der Tiefe remineralisiert werden und dabei Sauerstoff verbrauchen. <\/p>\n\n\n\n

An der \u00f6stlichen Grenze des S\u00fcdpazifiks kommt es aufgrund des Auftriebs von n\u00e4hrstoffreichem Tiefenwasser zu starken Phytoplanktonbl\u00fcten. Der Salzgehalt zeigt, dass das Oberfl\u00e4chenwasser in Richtung des chilenischen Schelfs s\u00fc\u00dfer ist und der Salzgehalt des Oberfl\u00e4chenwassers in Richtung des Zentrums des s\u00fcdpazifischen Wirbels ansteigt, was auf die Nettoverdunstung gegen\u00fcber den Niederschl\u00e4gen zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. Die N\u00e4hrstoffprofile zeigen eine sehr starke Verarmung der Oberfl\u00e4chengew\u00e4sser aufgrund der Aufnahme durch das Phytoplankton und geringer Zufuhrraten, w\u00e4hrend die N\u00e4hrstoffanreicherung in den unterirdischen Gew\u00e4ssern mit der Remineralisierung sinkender organischer Partikel und der Freisetzung von N\u00e4hrstoffen zusammenh\u00e4ngt, sowie mit dem Vorhandensein antarktischer Zwischengew\u00e4sser (800-1500 Meter).<\/p>\n\n\n\n

Ostpazifischer R\u00fccken:<\/strong> Im S\u00fcdpazifik gibt es gro\u00dfe Unterwasservulkane und hydrothermale Schlote entlang des Ostpazifischen R\u00fcckens, eines Unterwasserr\u00fcckens in der Mitte des Ozeans zwischen sich auseiander bewegenden tektonischen Platten, wo Magma aus dem Erdmantel aufsteigt. Aus den Schloten str\u00f6men hei\u00dfe Fl\u00fcssigkeiten in die Tiefsee in etwa 2500 Metern Wassertiefe. Sie enthalten hohe Konzentrationen von Eisen und anderen Elementen, die das Phytoplankton f\u00fcr sein Wachstum ben\u00f6tigt. Es wird angenommen, dass die Eisenfahnen in der Tiefe nach S\u00fcden transportiert werden und das Oberfl\u00e4chenwasser im S\u00fcdlichen Ozean erreichen, der gr\u00f6\u00dften Region des Weltozeans, in der das Wachstum des Phytoplanktons durch Eisen begrenzt wird. Auf der Expedition werden die hydrothermalen Eiseneintr\u00e4ge bewertet und mit Hilfe von Tracern und Modellierungsans\u00e4tzen ihre Auswirkungen auf die Produktivit\u00e4t des S\u00fcdlichen Ozeans ermittelt.<\/p>\n\n\n\n

In hydrothermalen Systemen dringt Meerwasser in die durchl\u00e4ssige ozeanische Kruste ein und wird auf seinem Weg nach unten erhitzt. Das Meerwasser reagiert mit Basalt, der das aufsteigende Magma in einem bis zwei Kilometern km Tiefe \u00fcberlagert (Abb. 3c), steigt auf und wird als hei\u00dfes, ver\u00e4ndertes Meerwasser am Meeresboden ausgesto\u00dfen (Abb. 3a). Die austretenden Fluide sind sauer, schwefelhaltig und reich an Metallen wie Eisen, Mangan und Kupfer. Bei der Vermischung mit sauerstoffreichem Tiefenwasser bilden sich in der Auftriebsfahne rasch Eisensulfid- und -oxidpartikel, von denen ein gro\u00dfer Teil absinkt. Die Fluid-Fahne steigt einige hundert Meter \u00fcber den Meeresboden auf, bevor sie von den Tiefseestr\u00f6mungen vom Austrittsort fortgetragen wird. Ein Teil der gel\u00f6sten Metalle bleibt in L\u00f6sung und gelangt schlie\u00dflich an die Meeresoberfl\u00e4che.<\/p>\n\n\n\n

Am Mittwoch, dem 9. M\u00e4rz, f\u00fchrten wir eine Superstation auf dem Ostpazifik-Anstieg bei 31,5\u00b0S, 111,9\u00b0W durch, direkt n\u00f6rdlich der Juan-Fernandez-Mikroplatte (Abb. 3b). Die EPR-Station befand sich zwischen den tektonischen Platten des Pazifiks und der Nazca. Die Region ist f\u00fcr ihre hydrothermalen Plumes bekannt, und wir waren sehr gespannt darauf, diese zu finden.<\/p>\n\n\n\n

Das Team an Bord konnte im Signal des Tr\u00fcbungssensors, der die Partikelkonzentration in der Wassers\u00e4ule misst, einen sehr deutlichen Plume erkennen (Abb. 3a). Die Partikel bestehen aus Eisensulfiden und Eisenoxiden, an denen andere Metalle adsorbiert sind. An den Stationen wurden In-situ-Wasserpumpen eingesetzt, die die eisenhaltigen Partikel im hydrothermalen Plume in einer Tiefe von 2200 Metern auffangen. Die Filter aus den Pumpen werden zur chemischen, biologischen und mineralogischen (EDX und Synchrotron) Analyse an Land zur\u00fcckgebracht.<\/p>\n\n\n\n

An Bord der Sonne f\u00fchrt der GEOMAR-Doktorand Te Liu Messungen von gel\u00f6stem Aluminium in der Wassers\u00e4ule durch. Die Ergebnisse f\u00fcr die Station oberhalb des hydrothermalen Schlots am EPR sind in Abbildung 4 dargestellt und zeigen erh\u00f6hte Konzentrationen im Oberfl\u00e4chenwasser, die mit atmosph\u00e4rischen Aluminiumeintr\u00e4gen (aus lithogenen Staubablagerungen) zusammenh\u00e4ngen. Das Profil zeigt auch erh\u00f6hte Konzentrationen zum Meeresboden hin, die mit Eintr\u00e4gen aus den hydrothermalen Systemen und vielleicht auch mit Freisetzungen aus den Sedimenten des Meeresbodens in Verbindung gebracht werden.<\/p>\n\n\n\n

Eric Achterberg<\/p>\n\n\n\n

Research vessel SONNE \/ Forschungsschiff SONNE 31.5\u00b0S\/125.0\u00b0W<\/p>\n\n\n\n

GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel\/University of Kiel<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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