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Orca-Becken

Meeresboden-Solebecken im nördlichen Golf von Mexiko

Koordinaten: 26° 56′ 46″ N, 91° 20′ 44″ W

Orca-Becken (Golf von Mexiko)
Orca-Becken (Golf von Mexiko)
Orca-Becken
Lage des Orca-Beckens im Golf von Mexiko
Lage des Orca-Beckens im Golf von Mexiko (Details)
Übersichtskarte des Orca-Beckens. Das Inset oben links zeigt die Lage am Kontinentalhang von Louisiana. Gelbe Linie: 2.000-m-Isokline; grüne und weiße Linie: 2.100-m- bzw. 2.200-m-Isokline. Die weiß schraffierten Bereiche zeigen das Ausmaß der Salzablagerung.[1]
Panoramadarstellung des Orca-Beckens.[2]

Das Orca-Becken, ein im nördlichen Golf von Mexiko liegendes Tiefsee­becken, ist das größte bekannte Meeresboden-Solebecken der Welt.

Geographie und Entdeckung

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Das Orca-Becken ist ein mittelsteil abfallendes und geschichtetes Tiefseebecken, das etwa 300 km südwestlich der Mündung des Mississippi am Kontinentalhang von Louisiana liegt.[3] Das in den frühen 1960er Jahren von Shell entdeckte[4] und 1973 sowie im November 1975 auf Expeditionen des Forschungsschiffs R. V. Gyre [A. 1] erstmals erforschte[6][4] Becken ist einzigartig in diesem Gebiet, da es ein großes Unterwasser-Solebecken mit einer anoxischen Salzsole enthält. Das Becken ist (ellen-)bogenförmig, etwa 25 km lang und 6 km breit und besteht aus zwei Teilbecken, getrennt durch einen dazwi­schen­liegenden Sattel.[2][7] Es hat eine Fläche von ca. 123 km2, liegt 2.400 m unter der Meeres­ober­fläche[3] und ist selbst bis zu 220 m tief. Es hat ein Volumen von 13,3 km3[8] und ist somit das größte bekannte Meeresboden-Solebecken der Welt (Stand Februar 2016).[9]

Salzgehalt

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Der hohe Salzgehalt im Wasser des Orca-Beckens ist das Er­geb­nis einer Auflösung von etwa 3,62 Milliarden Tonnen des darunter liegenden Louann-Salzes[A. 2] aus dem Jura.[8] Das Becken verdankt seine Form der fortschreitenden Salztektonik (Halokinese) und ist von Salzdiapiren umgeben.[3][11]

Gashydrat

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In einer Reihe von Bohrkernen wurden Gashydrate (Methanclathrat) nachgewiesen, die während des Tiefseebohrprogramms (englisch Deep Sea Drilling Project, DSDP) im Orca-Becken gesammelt wurden. Die Bohrkerne wurden aus einer Wassertiefe von 2412 m von den Bohrlöchern 618 und 618A geborgen, wobei der erste Nachweis von Gashydrat in Bohrloch 618 erfolgte. Hydrate wurden auch im oberen Abschnitt von Bohrkern 618-4 im Bereich von 26 m unter dem Meeresboden in grauem Schlamm beobachtet und bestanden aus weißen Kristallen mit einem Durchmesser von einigen Millimetern. In Bohrloch 618A wurden Gashydrate sowohl in den Kernen 618A-2 als auch 618-3 im Bereich von 19-37 m unter dem Meeres­boden beobachtet, wobei die Hydrate bei 618A-3 im gesamten Kern verteilt waren. Die Hydrate hatten einen Durchmesser von einigen bis möglicherweise zehn Milli­metern und waren weiß.[12][11]

Die vorgefundenen geringen δ13C-Werte deuten auf einen biogenen Ursprung der Hydrate hin. Es wurde auch festgestellt, dass einige der Hydrate offenbar in den Sandschichten der Bohrkerne vorkamen. Im Gegensatz zu anderen Gas­hydrat­vor­kommen im Golf von Mexiko wurde das Gashydrat innerhalb des Beckens und nicht an seinem zerklüfteten und verformten Rand gefunden.[13] Außerdem wurde festgestellt, dass die Tiefe des Gashydratvorkommens mit dem Vorhandensein von schwarzem organischem und/oder pyrithaltigem Schlamm übereinstimmt.[12]

Bedeutung des Orca-Beckens als Studienstandort

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Vorhersage der maximalen Wellenamplitude, die durch den Aufprall von Erdrutschen in einem hyper­salinen Sole­becken mit einer Soledichte von 1212 kg/m3 im Orca-Becken erzeugt wird, in Abh. von der Geschwindigkeit des Erdrutschs, für drei Werte der Erdrutschdichte (ρslide)[A. 3][2]
 
oben: Seismisches Profil durch das Gebiet des submarinen Erdrutschs am Orca-Becken.
unten: Schemazeichnung.[2]

Das Orca-Becken ist wichtig für das Verständnis der glazialen und deglazialen[A. 4] Veränderungen, einschließlich der Geschichte der Schmelzwasserströme des Laurentidischen Eisschilds, die sich auf Nordamerika und den Golf von Mexiko ausgewirkt haben.[14] Die Se­di­mente, die das Orca-Becken füllen, enthalten eine wichtige Auf­zeich­nung der Paläoumwelt und der Paläo-Ozeanologie des Kon­tinental­hangs von Louisiana südlich des Mississippi-Deltas für mindestens die letzten 25.000 Jahre.[15][16] Aufgrund der Lage des Beckens wurden im Sediment auch die Auswirkungen und die Chronologie der Schmelz­wasser­fluten aufgezeichnet, die während des letzten Deglazials den Mississippi hinunter in den Golf von Mexiko flossen; darunter plank­tonische Foraminiferen, stabile Isotopen­ver­hält­nisse, Ver­än­derungen der Sedimenttextur (Korngröße) und Ver­än­derungen bei den Nanno­fossilien.[17][18]

Darüber hinaus gab es die einzige dokumentierte Gashydratgewinnung im Golf von Mexiko aus einer Tiefe von mehr als 20 m unter dem Meeresboden im Orca-Becken an der DSDP-Stelle 618.[19] Die Gewinnung von biogenem Methanhydrat aus dem Orca-Becken ist auch wegen des hohen Salz­gehalts von Bedeutung, der an der Sediment-Wasser-Grenzfläche fast fünfmal so hoch ist wie im Roten Meer (mit Salzgehalten von 240–260 PSU). Die gefundenen Werte nahmen mit zunehmender Tiefe rasch ab, bis sie ab etwa 30 m unter dem Meeresboden konstant wurden (dann 48–56 PSU).[12] Die an beiden Stellen des Orca-Beckens gefundenen Hydrate lagen in Tiefen von 26–37 m unter dem Meeresboden und gelten als physikalischer Beweis für den gesunkenen Salzgehalt.

Das Orca-Becken bietet ein ideales Umfeld, um den Verbleib von orga­nischen Stoffen, Nährstoffen und Metallen zu untersuchen.[11] Die Analyse des Verbrauchs oder der Produktion von gelösten Stoffen gibt Auf­schluss darüber, wie sich diese Stoffe mit dem Meerwasser ver­mi­schen. In einer Tiefe von 2.220 m bis 2.245 m spiegelt die Verteilung von Ammonium die konservative Vermischung dieses Stoffes mit dem Meerwasser wider.[20] In einer Tiefe von 2200 m ist die Denitrifikation stark eingeschränkt, da es am dafür nötigen Nitrat fehlt.[20] Umgekehrt sind dort Mangan- und Eisenoxide stärker vorhanden, was zu einer stärkeren Präsenz von eisen- und manganreduzierenden Bakterien führt.[A. 5] Ganz allgemein bedingt die unterschiedliche Präsenz von Stoffen in den verschiedenen Tiefen des Orca-Beckens, welche heterotrophen Populationen jeweils vorhanden sind. Unterhalb einer Tiefe von 2.225 Metern ist vermehrt gelöstes Sulfid nachweisbar, was darauf hindeutet, dass dort die bakterielle Sulfatreduktion die wichtigste Methode zum Abbau organischer Stoffe ist.[20]

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Anmerkungen

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  1. ↑ R.V. Gyre, auch RV Gyre oder USNS Gyre, offiziell T-AGOR-21, war das führende Schiff seine Klasse von ozeanographischen Forschungsschiffen, die 1973 von der US-Marine erworben wurden.[5]
  2. ↑ Das Louann-Salz ist eine weit verbreitete Evaporitformation, die sich im Golf von Mexiko während des Callovian in der Mitte des Jura bildete.[10]
  3. ↑ Der Überlauf (gestrichelte Linie) liegt bei 139 m über der Höhe des Solebeckens.
  4. ↑ Unter deglaciation ‚Deglazialisierung‘ versteht man im englischen Sprachgebrauch den Übergang von vollständig glazialen Bedingungen während der Kaltzeiten („Eiszeiten“) zu den Warmzeiten („Zwischeneiszeiten“), die durch die globale Erwärmung und den Anstieg des Meeresspiegels (Transgression, siehe auch Eustasie und Meeresspiegelanstieg seit 1850) aufgrund von Veränderungen des kontinentalen Eisvolumens gekennzeichnet sind. Davon abgeleitet ist Deglazial, die vergleichsweise kurze Zeit nach einer Kalt- und vor einer Warmzeit, in der das Erdklima umkippt (siehe auch Kippelemente im Erdklimasystem).
  5. ↑ Zu derartigen im Orca-Becken vorkommenden Bakterienstämmen gehören u. a. folgende Mitglieder der Klade KB-1 des Kandidatenphylums Calescibacteriota (Synonyme: Calescamantes und Candidate division EM19):[21][22][23]
    • Im Sediment: Uncultured bacterium clone BR51_8/9_067ss_OBSS alias Orca Basin Sediment BR51_8and9_067 (GenBank KR857575.1[24])
    • In der Sole: Uncultured bacterium clone OB_Brine_SC_D23 alias Orca Basin Brine SC D23 (GenBank KX608707.1[25])
    Diese Bakterien konnten bisher nicht kultiviert werden, die Gensequenzen stammen daher aus kultivierungsunabhängigen Methoden wie Metagenomik oder Einzelzell-Sequenzierung.

Einzelnachweise

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  1. ↑ Arne Diercks, Kai Ziervogel, Ryan Sibert, Samantha B. Joye, Vernon Asper, Joseph P. Montoya: Vertical marine snow distribution in the stratified, hypersaline, and anoxic Orca Basin (Gulf of Mexico). In: Elementa: Science of the Anthropocene, Band 7, Nr. 10; doi:10.1525/elementa.348 (englisch).
  2. ↑ a b c d Derek E. Sawyer, R. Alan Mason, Ann E. Cook, Alexey Portnov: Submarine Landslides Induce Massive Waves in Subsea Brine Pools. In: Scientific Reports, Band 9, Nr. 128; doi:10.1038/s41598-018-36781-7 (englisch).
  3. ↑ a b c Anna Nele Meckler, Carsten J. Schubert, Peter Andreas Hochuli, Birgit Plessen, D. Birgel, Benjamin P. Flower, Kai-Uwe Hinrichs, Gerald H. Haug: Glacial to Holocene terrigenous organic matter input to sediments from Orca Basin, Gulf of Mexico — A combined optical and biomarker approach. In: Earth and Planetary Science Letters, Band 272, Nr. 1–2, 30. Juli 2008, S. 251–263; doi:10.1016/j.epsl.2008.04.046 (englisch).
  4. ↑ a b D. M. Van der Stoep: Case History of Orca Basin: Recording the Marine Reflection Wavelet for Deconvolving Marine Seismic Data. In: OnePetro, Paper presented at the Offshore Technology Conference, Houston, Texas, 27. April 1987. Paper Number: OTC-5375-MS, ISBN 978-1-61399-080-3; doi:10.4043/5375-MS (englisch).
  5. ↑ GYRE (AGOR 21). U.S. Navy, NAVSEA Shipbuilding Support Office, Naval Vessel Register, 18. Februar 1999 (englisch), Memento im Webarchiv vom 8. Februar 2017.
  6. ↑ Robert F. Shokes, Peter K. Trabant, Bob J. Presley, David F. Reid: Anoxic, hypersaline basin in the northern gulf of Mexico. In: Science, 24. Juni 1977, Band 196, S. 1443–1446; doi:10.1126/science.196.4297.1443, PMID 17776922 (englisch).
  7. ↑ Matthew Hurtgen, Timothy W. Lyons, Ellery D. Ingall, Anna M. Cruse: Anomalous enrichments of iron monosulfide in euxinic marine sediments and the ro​le of H2S in iron sulfide transformations: Examples from Effingham Inlet, Orca Basin, and the Black Sea. In: American Journal of Science, Band 299, Nr. 7, S. 556–588, September 1999; doi:10.2475/ajs.299.7-9.556, ResearchGate:255605356 (englisch).
  8. ↑ a b Robin S. Pilcher, Raleigh D. Blumstein: Brine volume and salt dissolution rates in Orca Basin, northeast Gulf of Mexico. In: AAPG Bulletin, Band 91, Nr. 6, 1. Juni 2007, S. 823–833; doi:10.1306/12180606049, ResearchGate:249897089 (englisch).
  9. ↑ Andrew S. Hyde, Lisa M. Nigro, ; Joseph P. Montoya, Samantha B. Joye, Andreas Teske: The Changing Microbial Community Along the Orca Basin Pycnocline. In: American Geophysical Union, Ocean Sciences Meeting, Februar 2016, NASA/ADS: MG54A-2015 (arvard.edu), SemanticScholar (englisch).
  10. ↑ Amos Salvador: Late Triassic-Jurassic Paleogeography and Origin of Gulf of Mexico Basin. In: AAPG Bulletin, Band 71, Nr. 4, 1. April 1987, S. 419–451; doi:10.1306/94886EC5-1704-11D7-8645000102C1865D (englisch).
  11. ↑ a b c Denis Alan Wiesenburg: Geochemistry of Dissolved Gases in the Hypersaline Orca Basin (PDF; 9,5 MB). Oceanography Department of ATM University (Texas A and M University), College of Geosciences (Dissertation), 80-14-T, Ausgabe Dezember 1980 (englisch).
  12. ↑ a b c Deep Sea Drilling Project (DSDP) Reports and Publications. DSDP Volume XCVI, April 2007,doi:10.2973/dsdp.proc.96.1986. Darin:
  13. ↑ Alexei V. Milkov, Roger Sassen: Thickness of the gas hydrate stability zone, Gulf of Mexico continental slope. In: Marine and Petroleum Geology, Band 17, Nr. 9, November 2000, S. 981–991; doi:10.1016/S0264-8172(00)00051-9 (englisch).
  14. ↑ Richard Z. Poore, Stacey Verardo, Jessica Caplan, Kate V. Pavich, Terry Quinn: Planktic foraminiferal relative abundance and trends in Gulf of Mexico holocene sediments records of climate variability., In: J. W. Tunnell, D. L. Felder, S. A. Earle, N. A. Buster, C. W. Holmes, D. K. Camp (Hrsg.): Gulf of Mexico Origin, Waters, and Biota. Band 3: Environmental Science, Geology, College Station, Texas, Texas A&M University Press, 1. Dezember 2009, S. 367–379., ISBN 978-1-60344-290-9; ResearchGate:287434027, SemanticScholar: Corpus ID: 203129400, Epub Januar 2009 (englisch).
  15. ↑ Benjamin P. Flower, James P. Kennett: Biotic Responses to Temperature and Salinity Changes During Last Deglaciation, Gulf of Mexico. In: S. M. Stanley (Hrsg.): Effects of past global change on life, Band 12, University of California, Santa Barbara, National Research Council (US): Studies in Geophysics, National Academy Press, Washington, D.C., 1995, ISBN 978-0-309-05127-9, S. 209–220; NCBI NBK: 231943 (englisch).
  16. ↑ James P. Kennett, Kristin M. Elmstrom, N. L. Penrose: The last deglaciation in orca basin, gulf of Mexico: High-resolution planktonic foraminiferal changes. In: Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, Band 50, Nr. 1/2-3, 1985, S. 189–216; doi:10.1016/S0031-0182(85)80013-4 (englisch).
  17. ↑ Paul Brown, James P. Kennett, B. Lynn Ingram: Marine evidence for episodic Holocene megafloods in North America and the northern Gulf of Mexico. In: Paleoceanography, Band 14, Nr. 4, 1. August 1999, S. 498–510; doi:10.1029/1999PA900017, PDF (englisch).
  18. ↑ Thomas M. Marchitto, Kuo-Yen Wei: History of Laurentide meltwater flow to the Gulf of Mexico during the last deglaciation, as revealed by reworked calcareous nannofossils. In: Geology, Band 23, Nr. 9, 1. September 1995, S. 779–782; doi:10.1130/0091-7613(1995)023<0779:HOLMFT>2.3.CO;2, ResearchGate:230889160 (englisch).
  19. ↑ Deborah R. Hutchinson, Carolyn D. Ruppel, Harry H. Roberts, Robert S. Carney, Michael A. Smith: Gas hydrates in the Gulf of Mexico. In: J. W. Tunnell, D. L. Felder, S. A. Earle, N. A. Buster, C. W. Holmes, D. K. Camp (Hrsg.): Gulf of Mexico Origin, Waters, and Biota, Band 3 (Geology), College Station, Texas, Texas A&M University Press, 12. Januar 2003, S. 247–276, ISBN 978-1-60344-290-9; LSU: geo_pubs/1612 (englisch).
  20. ↑ a b c Philippe Van Cappellen, Eric Viollier, Alakendra Roychoudhury, Lauren Clark, Ellery Ingall, Kristine Lowe, Thomas Dichristina: Biogeochemical Cycles of Manganese and Iron at the Oxic-Anoxic Transition of a Stratified Marine Basin (Orca Basin, Gulf of Mexico). In: Environmental Science and Technology. 32. Jahrgang, Nr. 19, 21. August 1998, ResearchGate:231291193, S. 2931​-2939, doi:10.1021/es980307m (englisch).
  21. ↑ LPSN: Phylum "Candidatus Calescibacteriota" corrig. Rinke et al. 2013, Synonym: "Candidatus Calescamantes" Rinke et al. 2013.
  22. ↑ NCBI Taxonomy Browser: Calescamantes, Details: Candidatus Calescamantes Rinke et al. 2013 (phylum), heterotypic synonym: candidate division EM 19, candidate division EM19.
  23. ↑ Lisa M. Nigro, Andrew S. Hyde, Barbara J. MacGregor, Andreas Teske: Phylogeography, Salinity Adaptations and Metabolic Potential of the Candidate Division KB1 Bacteria Based on a Partial Single Cell Genome. In: Frontiers in Microbiology, Band 7, Sec. Extreme Microbiology, 22. August 2016; doi:10.3389/fmicb.2016.01266 (englisch). Siehe insbes. Fig. 1.
  24. ↑ NCBI Nucleotide: Uncultured bacterium clone BR51_8/9_067ss_OBSS 16S ribosomal RNA gene, partial sequence, GenBank: KR857575.1.
  25. ↑ NCBI Nucleotide: Uncultured bacterium clone OB_Brine_SC_D23 16S ribosomal RNA gene, partial sequence, GenBank: KX608707.1.

Siehe auch

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