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Benthic foraminifera abundance in ODP Leg 155 holes

The general Pleistocene architecture of the Amazon Fan has been reconstructed using sediment recovered by Ocean Drilling Program Leg 155. Huge regional mass-transport deposits (MTDs) make up a significant component of the Amazon Fan. These deposits each cover an area over 15,000 km**2 (approximately the size of Jamaica), reach a maximum thickness of 200 m, and consist of ~5000 Gt of sediment. Benthic foraminiferal fauna analysis and sedimentology indicate that the MTDs originated on the continental slope, which is at least 200 km laterally and 1500 m above their present position. Each mass-failure event was formed by the catastrophic failure of the continental slope and has been dated and correlated with climate-induced changes in sea level. Studies of the benthic foraminiferal assemblages in the Amazon Fan has been essential to our reconstruction of the origin and cause of these failures. The MTDs contain rare shelf (Quinqueloculina cf. stalkeri, Brizalina aenariensis, Q. lamarckiana, and Pseudononion atlanticum) and dominant upper-middle bathyal species (cassidulinids and buliminids). We conclude that the MTD originated between 200 and 600 m water depth, approximately the same zone in which gas hydrates occur. We suggest that the glacial MTDs referred to as Deep Eastern MTD (35–37 ka) and Unit R MTD (41–45 ka) correlate with rapid drops in sea level which destabilized continental slope gas-hydrate reservoirs causing catastrophic slope failure. An alternative explanation is required for the deglacial MTDs referred to as Western and Eastern Debris Flows (13–14 ka) which occurred as sea level rose rapidly during the Bølling-Allerød period. We suggest that the deglaciation of the Andes and the consequent enhanced sediment supply coupled with a shift of the depo-centre to the continental shelf, caused over-burdening and thus slope failure. Evidence for a 2 per mil negative d13C shift in both planktonic foraminifera and organic matter coeval with these failures suggest that whatever the cause, there was a large release of methane hydrate associated with each failure.

(Table DR1) Abundance of benthonic foraminifera in sediments from ODP Hole 113-690

A mass extinction of deep-sea benthic foraminifera has been documented globally, coeval with the negative carbon isotope excursion (CIE) at the Paleocene-Eocene boundary, which was probably caused by dissociation of methane hydrate. A detailed record of benthic foraminiferal faunal change over ~30 k.y. across the carbon isotopic excursion at the Ocean Drilling Program Site 690 (Southern Ocean) shows that shortly before the CIE absolute benthic foraminiferal abundance at that site started to increase. 'Doomed species' began to decrease in abundance at the CIE by a few thousand years. After the extinction faunas were dominated by small species, which resemble opportunistic taxa under high-productivity regions in the present oceans. Calcareous nannofossils (primary producers), however, show a transition to more oligotrophic nannofloras exactly where the benthic faunas show the opposite. Plankton and benthos is thus decoupled. Possibly, a larger fraction of food particles reached the seafloor after the CIE, so that food for benthos increased although productivity declined. Enhanced organic preservation might have resulted from low-oxygen conditions caused by oxidation of methane. Alternatively, and speculatively, there was a food-source at the ocean floor. Benthic foraminifera dominating the post-extinction fauna resemble living species that symbiotically use chemosynthetic bacteria at cold seeps. During increased, diffuse methane escape from hydrates, sulfate-reducing bacteria could have produced sulfide used by chemosynthetic bacteria, which in turn were used by the benthic foraminifera, causing extinction by a change in food supply.

M3: Zukunftweisendes Sonar-Monitoring von klimaschädlichem Methan an Gasemissionen des Meeresbodens - Ein Beitrag zum Verständnis globalen Wandels, Phase 2

Raman spectroscopic data from dissociation behavior of sI CH4 hydrates, sII CH4-C3H8 hydrates and multicomponent mixed gas hydrates in terms of thermal stimulation

Natural gas hydrates are non-stoichiometric crystalline compounds containing water and guest molecules such as CH4, C2H6, C3H8, CO2, etc. They are considered as a promising energy resource, a potential geohazard and a contributor to global climate warming. An accurate knowledge of the dissociation behavior of gas hydrates is a necessity for the recovery of natural gas hydrates and the assessment of potential risks of CH4 release from destabilized deposits. To explore the dissociation behavior of gas hydrates, Raman spectroscopy is regarded as a non-destructive and powerful tool. This technique enables to distinguish between guest molecules in the free gas or liquid phase, encased into a clathrate cavity or dissolved in an aqueous phase, therefore providing time-resolved information about the conditions of the guest molecules during the hydrate dissociation process. Experiments were carried out at the Micro-Raman Spectroscopy Laboratory, GFZ. Since the dissociation kinetics of sI hydrates may vary from that of sII hydrates, sI CH4 hydrates, sII binary hydrates and sII multicomponent mixed hydrates were investigated during the experiments. For the in situ Raman measurements, hydrates were synthesized in a high-pressure cell from pure water and the specific continuous gas flow which was the CH4-C3H8 gas mixture for binary hydrates and CH4-C2H6-C3H8-CO2 gas mixture for mixed hydrate system. The p-T condition of the experiment was initially set at 274 K and 7.0 MPa for the sI hydrates whereas 278 K and 3.0 MPa for sII hydrate systems. After the stabilization of the hydrates in the reactor, the temperature of the system was increased one step at a time to mimic global warming and initiate hydrate dissociation. In situ Raman spectroscopic measurements and microscopic observations were applied to record changes in hydrate compositions over the whole dissociation period until the hydrate phase was completely decomposed. Apart from this, hydrates were formed from ice powders and the specific gas/gas mixtures in batch pressure vessels for several weeks. Gas hydrates were recovered and placed into a Linkam cooling stage for further ex situ Raman spectroscopic measurements. Again, the temperature of the stage gradually increased from 168 K onwards to study the dissociation process. In all three hydrate systems, one in situ Raman measurements and at least two repetitions of ex situ Raman measurements (3 repetitions for the CH4 hydrate system) were carried out, therefore resulting in 10 separate experimental tests. This dataset encompasses raw Raman spectra of the 10 experimental tests (4 tests for CH4 hydrates, 3 tests for CH4-C3H8 hydrates and 3 for mixed gas hydrates) which contained Raman shifts and the respective measured intensities. Each Raman spectrum was fitted to Gauss/Lorentz function after an appropriate background correction to estimate the band areas and positions (Raman shift). The Raman band areas were then corrected with wavelength-independent cross-sections factors for each specific component. The concentration of each guest molecule in the hydrate phase was given as mol% in separate spreadsheets for three different hydrate systems as. Further details on the analytical setup, experimental procedures and composition calculation are provided in the following sections.

M3: Zukunftsweisendes Sonar-Monitoring von klimaschädlichem Methan an Gasemissionen des Meeresbodens - Ein Beitrag zum Verständnis globalen Wandels

Methan wirkt als starkes Treibhausgas, wenn es in die Atmosphäre gelangt. In den vergangenen Jahren wurden an vielen Kontinentalrändern weltweit submarine Methanquellen am Meeresboden mit Methanhydratabbau in den Sedimenten aufgrund von Temperaturerhöhungen in Zusammenhang gebracht. Ziel des Vorhabens ist es, das Wechselspiel von Gasblasenaustritten und Vorkommen von Gashydraten in einer Schlüsselregion, dem Hydratrücken nordwestlich der USA zu verstehen und die Menge an austretenden Gas zu bestimmen. Dazu sollen Sonar-Systeme sowie eine Kamera und eine CTD (Messung von Temperatur, Salzgehalt, Sauerstoff) am Meeresboden installiert und an das NSF finanzierte Tiefseekabelnetzwerk, der Ocean Observatory Initiative (OOI) angeschlossen werden. Damit sind langfristige Methanemissionsmessungen auf dem südlichen Hydratrücken erstmals möglich und werden hier vorgeschlagen. Gesamtziel des Vorhabens ist es, mittels modernster Sonarsysteme die Veränderungen der Gasblasenaustritte in Echtzeit zu dokumentieren und die Menge an austretenden Methan abzuschätzen. Das Projekt ist eine technologische Innovation und bindet sich ein in ein weltweit einmaliges Vorhaben, die Veränderungen in der Tiefsee mittels verkabelter Observatorien kontinuierlich zu beobachten. Es ist geplant zwei Sonarsysteme am Meeresboden zu installieren, um die Gasblasenaustritte am Hydratrücken kontinuierlich zu registrieren und zu quantifizieren. Die hochwertigen Geräte müssen in Rahmenkonstruktionen integriert und mit elektronischen Zusatzkomponenten für die Einbindung in das OOI Tiefseenetzwerk versehen werden. Die Geräte werden mit Hilfe eines Tauchroboters am Meeresboden installiert und in das Tiefseenetzwerk eingebunden, damit ist die kontinuierliche Messung in Echtzeit möglich. Weiterhin soll eine Visualisierung der Sonardaten in Echtzeit im Internet realisiert werden. Die kontinuierlichen Messungen am Meeresboden werden ergänzt durch Begleituntersuchungen im Rahmen von Schiffsexpeditionen.

SUGAR_II_B: Submarine Gashydrat-Lagerstätten - Erdgasproduktion und CO2-Speicherung, Vorhaben: B3 - Erschließung von Gashydratlagerstätten; B3-2 - Technologische Ansätze für die Erschließung von Methanhydrat und die Sequestrierung von Kohlendioxid

SUGAR_II_B: Submarine Gashydrat-Lagerstätten - Erdgasproduktion und CO2-Speicherung, Vorhaben: Optimierung des Gashydratabbaus und der simultanen CO2-Speicherung

Steigende Methan-Emissionen im Nordpolarmeer

Riesige Mengen des Klimagases Methan sind an den Kontinentalrändern als gefrorene Methanhydrate gebunden. Solche Speicher im Permafrostboden im Nordpolarmeer tauen offenbar schneller auf als bisher angenommen, berichtet eine internationale Forschergruppe um Natalia Schachowa von der University of Alaska in Fairbanks im Fachjournal Science in der Ausgabe vom 5. März 2010. Mit etwa 5000 Messreihen, aufwändig auf Eisbrecherfahrten im Nordpolarmeer zwischen den Jahren 2003 und 2008 durchgeführt, belegen die Forscher die alarmierende Zunahme der Methanemissionen. So gelangten jährlich vom Festlandsockel im Arktischen Meer vor der Küste Sibiriens etwa 7,7 Millionen Tonnen Methangas in die Atmosphäre.

FS SONNE (SO 214) NEMESYS: Variabilität von submarinen Gasaustritten in Struktur und Chemie und deren Klimarelevanz - Hikurangi Margin Neuseeland - Teilvorhaben A: Variabilität von submarinen Gasaustritten in Struktur und Chemie und deren Klimarelevanz - Hikurangi Margin Neuseeland

Aktive Gasaustrittsstellen (Seeps) am Hikurangi Margin zeigen eine starke Variabilität. Bereits bekannte Seeps sollen mit geochemischen und geophysikalischen Methoden weiter untersucht werden. Ziel ist es, die bisherigen Erkenntnisse über Variationen durch möglichst engmaschige Vermessungsnetze zu erweitern und 3-D Vermessungsstrategien anzuwenden. Entlang des Hikurangi Margins sind Seeps nicht nur von möglichen tektonischen Variationen beeinflusst, sondern treten auch in sehr unterschiedlichen Wassertiefen auf. Mit dem Partner BGR ist auch der Einsatz mariner elektromagnetischer Vermessungen möglich, die besonders in der Verbindung mit der Seismik zu wesentlich detaillierteren Tiefenaussagen über Hydratverteilungen führen. Es wurden fünf Hauptarbeitsgebiete ausgewählt, die nach der vorliegenden Datengrundlage am besten für die dargelegten wissenschaftlichen Ziele geeignet sind. Hierzu sind neue seismische Techniken (P-Cable 3-D, DeepTow), elektromagnetische Messungen, ein 3-D Grid von Sensorischen und geochemischen Methanmessungen in der Wassersäule und geoakustisches 3-D-Flare Imaging vorgesehen. Neben den kurzzeitigen Messungen während der Forschungsfahrt wird der Vergleich mit früheren Fahrten (SO-191, FS TANGAROA) auch Stichproben für langfristige Variabilitäten bieten.

Konzeption, Projektierung und Bewertung der Schnittstellen für den see- und landseitigen Umschlag von Gashydratpellets^Entwicklung und Bau eines vorschubkontrollierten Kernbohrsystems mit Autoklaven zur Gewinnung von Bohrkernen aus Gashydrat-Lagerstätten^Entwicklung und Auslegung eines Fördersystems zur Gashydratförderung. Vorbereitungsarbeiten zum Bau eines Demonstrators als Vorstufe zur großtechnischen Gewinnung^SUGAR-Submarine Gashydrat-Ressourcen; SUGAR-B: Submarine Gashydrat-Lagerstätten: Erkundung, Abbau und Transport^Entwicklung einer Simulationssoftware zum Gashydratabbau und Erweiterung des Mammutpumpen-Prinzips um Komponenten einer simultanen CO2-Injektion^Entwicklung einer Simulationsplattform sowie eines Reaktors (im Labormaßstab) zur thermischen Hydratzersetzung^Konzept und Bewertung der Pelletproduktion und des Umschlags^Destabilisierung und Stabilisierung von Gashydraten^Optimierung des Transportgutes Gashydrat: Systematik der Zersetzungsbedingungen^Vorhaben: B3-3 - Entwicklung eines NGH-Carrierschiffes: Projektierung des Schiffes, Entwicklung eines Druckkern-Probennehmers und Anpassung der Apparatur an das Meeresboden-Bohrgerät (MeBo)

Bewertung von Gashydratlagerstätten durch geophysikalische Erkundung mit Bohrtechnologie. Zur Druckerhaltung der Gashydratproben wird spezielle Autoklavbohrtechnologie angewandt; dadurch ist eine Quantifizierung des Methanhydrats möglich. Es werden 2 Entwicklungslinien geeigneter Bohrtechnologien verfolgt, die beide das Ziel haben, mit Autoklavtechnologie Bohrkerne unter in-situ Bedingungen zu Tage zu fördern und somit die essentiell notwendigen Untersuchungen zur Lagerstättenergiebigkeit zu ermöglichen. Für das am MARUM in Bremen neu entwickelte MeBo (Meeresbodenbohrgerät) soll neue Autoklavtechnologie entwickelt und in das System integriert werden, das mit Wassertiefen bis 2000m und Sedimenteindringtiefe bis zu 100m den größten Bereich der Gashydratstabilitätszone abdeckt. Entwicklung des Druckkernprobennehmers für MeBo (= MDP); umfangreiche Konstruktionsanpassungen; Entwicklung von Schneidschuhen; diverse Testverfahren; Einsatz auf See zur Erprobung des Gesamtsystems Vorteil des Systems liegt in hoher Flexibilität + kostengünstigem Schiffseinsatz. Da z.Z. hohes Interesse in zahlreichen Ländern existiert, gibt es gute Vermarktungschancen.

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