Kalte Quellen und Hydrothermalquellen

In der Tiefsee findet man an einigen Stellen des Meeresbodens einzigartige Lebensräume für Tiere und Mikroben: Kalte Quellen (engl. „Cold seeps") und Hydrothermalquellen (engl. „Hydrothermal vents").  Sie stoßen energiereiche Flüssigkeiten aus dem Meeresboden aus und bilden so eine Oase des Lebens in der allgemein nährstoffarmen Tiefsee. Die Unterwasserwelt ist vielfältig und reicht von bakteriellen Matten bis zu Muscheln und Röhrenwürmern, die alle von der chemischen Energie der kalten Quelle abhängen.

Im Allgemeinen können kalte Quellen von Hydrothermalquellen dadurch unterschieden werden, dass dort nur mäßig erwärmtes Gas aus dem Untergrund gepresst wird und sich seinen Weg zum Meeresboden und darüberliegendem Wasser bahnt. An Hydrothermalquellen treten hingegen bis zu 400°C heißes Sulfid und metallreiche Flüssigkeiten aus, die schnell aus felsigen Umgebungen der Hydrothermalquellen strömen. 

Kalte Quellen sind besonders an Kontinentalhängen in Wassertiefen von über 1000 m zu finden. Sie zeichnen sich durch die Emission von einem Gemisch aus Kohlenwasserstoffen und reduzierten Flüssigkeiten aus unterirdischen Lagerstätten aus. Zum Glück strömt Me­than nicht un­ge­hin­dert aus dem Mee­res­bo­den in die At­mo­sphä­re, denn die Na­tur nutzt auch die­se En­er­gie­quel­len sehr ef­fi­zi­ent. Dort, wo Sau­er­stoff vor­han­den ist, nutzen ihn aerobe Mi­kro­or­ga­nis­men und verbrennen Me­than zu Koh­len­di­oxid. In anoxischen Sedimentschichten ist die anaerobe Oxidation von Methan (AOM) und anderen kurzkettigen Alkanen ein wichtiger biogeochemischer Prozess. Hierbei wird das im Meer­was­ser reich­lich vor­han­de­ne Sul­fat verwendet, um Me­than unter anoxischen Bedingungen zu oxidieren. Der dabei entstehende toxische Schwe­fel­was­ser­stoff wird wie­der­um von anderen Mi­kro­or­ga­nis­men mit Sau­er­stoff ver­at­met. So wirken die methanoxidierenden mikrobiellen Lebensgemeinschaften als effektiver Filter, der das Ausströmen eines Großteils des Treibhausgases Methan ins Wasser und die Atmosphäre verhindert. In diesem Projekt arbeiten wir mit der HFG MPG Brückengruppe für Tiefsee-Ökologie und -Technologie (G. Wegener/A. Boetius) und mit der MPG Forschungsgruppe Mikrobielle Metabolismen(T. Wagner) zusammen.

Heiße Quellen (Hydrothermalquellen) befinden sich entlang der Mittelozeanischen Rücken, in Bac-Arc-Becken und an untergetauchten Inselbogenvulkanen in Gebieten, in denen sich eine Hitzequelle wie eine Magmakammer in der Nähe des Meeresbodens befindet. Hier wird kaltes sauerstoffhaltiges Meerwasser, das in das Gestein eindringt, erhitzt und chemisch modifiziert, bevor es als sogenanntes „Fluid“ wieder in die Wassersäule abgegeben wird. Dieses ist, je nach geologischem Untergrund der Hydrothermalquelle, mit einer Reihe reduzierter Verbindungen, wie z. B. Schwefelwasserstoff, Wasserstoff, Methan und Eisen, angereichert. Diese reduzierten Verbindungen bilden die Basis für die Entstehung kleiner Oasen in Mitten der ansonsten kargen Tiefsee. Unsere Forschung  erfolgt im Rahmen des Exzellenzcluster „Der Ozeanboden – unerforschte Schnittstelle der Erde“ (MARUM/Universität Bremen).