Organischer Kohlenstoff im submarinen Schnellkochtopf

Ein internationales Team unter der Leitung der Universität Bremen ist der Frage nachgegangen, wie der Wasserstoff in der Tiefsee entsteht. Dabei stießen die Forschenden auf einen unerwarteten Prozess, der vor allem an extrem langsam spreizenden mittelozeanischen Rücken eine zentrale Rolle spielt – insbesondere in Regionen, in denen Flüssigkeiten durch Sedimente zirkulieren. Für die Untersuchung analysierte das Team Proben aus dem Jøtul-Hydrothermalfeld vor der norwegischen Küste.

Der mittelozeanische Rücken zieht sich wie eine Nahtstelle durch die Weltmeere. Dort, wo die Erdplatten auseinanderdriften, entsteht kontinuierlich neue Erdkruste, oft begleitet von Magmatismus und hydrothermaler Aktivität. Meerwasser dringt dabei tief in den Untergrund ein, erhitzt sich auf Temperaturen von über 400 Grad Celsius und steigt anschließend wieder zum Ozeanboden auf. Bislang galt in der Wissenschaft die Annahme, dass hohe Wasserstoffgehalte in diesen Fluiden ein eindeutiges Anzeichen für die sogenannte Serpentinisierung seien. Bei diesem Prozess reagieren heiße Fluide mit Gesteinen in der Erdkruste, wodurch chemisch Wasserstoff und Methan gebildet werden. Das sind die essenzielle Lebensgrundlage an Hydrothermalquellen.
Die Forschungsgruppe konnte nun jedoch nachweisen, dass es neben der Serpentinisierung noch einen weiteren Mechanismus gibt, der für die hohen Wasserstoffkonzentrationen an den Spreizungsrücken verantwortlich sein kann.

Kürzlich entdecktes Hydrothermalfeld vor Norwegen

Gegenstand der Untersuchung war das Jøtul-Hydrothermalfeld am Knipovich-Rücken vor Spitzbergen im Europäischen Nordmeer. Es markiert die geologische Nahtstelle zwischen der nordamerikanischen und der eurasischen Erdplatte. Die Entdeckung dieses Feldes gelang erst im Jahr 2022 während einer Expedition des MARUM mit dem Forschungsschiff MARIA S. MERIAN. Eine geologische Besonderheit ist die Lage an der Flanke eines Riftgrabens eines ultralangsam spreizenden mittelozeanischen Rückens. Sie wird von Sedimenten des Kontinentalhanges überlagert. Das Areal zeichnet sich durch eine hohe Vielfalt an unterschiedlichen Quellaustritten und Schloten aus.
Bereits während der ersten Forschungsfahrt wurden mithilfe des Tiefseeroboters MARUM-QUEST 4000 Proben hydrothermaler Fluide entnommen. Dies stellte jedoch eine methodische Herausforderung dar. „Doch das Gas trat auf dem Weg an die Oberfläche aus, und konnte im Labor nicht mehr adäquat gemessen werden. Ähnlich wie wenn man eine unter Druck stehende Sprudelflasche öffnet. Das Gas sprudelt heraus“, erklärt Alexander Diehl. Das das Team kehrte 2024 mit speziellen, gasdichten Untersuchungsbehältern an den Knipovich-Rücken zurück. Damit wollen sie genaue Zusammensetzung der Fluide präzise analysieren zu können.

Mehr als nur Serpentinisierung

Über die geologische Lage hinaus weist das Jøtul-Hydrothermalfeld eine weitere markante Besonderheit auf. Es befindet sich in einer deutlich größeren Tiefe als andere bisher bekannte sedimentbeherbergende Hydrothermalquellen. „In 3.000 Metern Tiefe herrschen hohe Drücke, das macht einerseits das Beproben zu einer Herausforderung – anderseits beeinflusst das natürlich auch die dort ablaufenden geologischen und chemischen Prozesse“, erläutert Prof. Dr. Gerhard Bohrmann.
Das Team analysierte die Hauptbestandteile, die gelösten Gase sowie die isotopischen Zusammensetzungen der Proben und setzte ergänzend thermodynamische Modellierungen ein. Damit sollen die Wechselwirkungen zwischen den Flüssigkeiten und dem umgebenden Gestein entschlüsselt werden. „Unsere Modellierungen zeigten, dass durch die hohen Drücke und Temperaturen im Untergrund der Hydrothermalquellen das organische Material im Sediment unter überkritischen Bedingungen zersetzt wird und so die Wasserstoffmoleküle freigesetzt werden“, erklärt Alexander Diehl. Er betont abschließend die Bedeutung dieser Entdeckung: „Wir konnten zeigen, dass Serpentinisierung nicht der einzige Grund ist, warum es zu erhöhten Wasserstoffkonzentrationen in der Tiefsee kommen kann. Diese Erkenntnisse erweitern unser Verständnis von sedimentbeherbergten Hydrothermalquellen und legen nahe, dass die Wechselwirkung zwischen Flüssigkeiten und Sedimenten eine wichtigere Quelle für gelösten Wasserstoff im Ozean ist, als bisher angenommen.“

Neuer Exzellenzcluster führt Forschung fort

Die Forschung fand im Rahmen des Exzellenzcluster „Der Ozeanboden – unerforschte Schnittstelle der Erde“ statt. Auch in der zweiten Förderphase des Exzellenzclusters, die zum Jahresbeginn 2026 startet, sollen weitere Schiffsexpeditionen zum Knipovich Rücken zurückkehren. Schwerpunkt dieser Fahrten wird sein, die Zusammensetzung der Schlote und austretenden Fluide besser zu verstehen und mit anderen Hydrothermalen Quellen zu vergleichen.

Quelle

MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen (01/2026)