Es gibt eine natürliche Tendenz in wissenschaftlichen Untersuchungen für eine erhöhte Spezialisierung. Die wichtigsten Fortschritte werden erzielt, indem der Fokus verengt wird und auf dem breiten Fundament früherer, allgemeinerer Forschung aufgebaut wird. Dies war sicherlich der Fall bei der vor 25 Jahren gestarteten Tauchexpedition der französisch-amerikanischen Mid-Ocean Undersea Study Submersible Expedition. Das Mid-Ocean-Ziel war das Rift Valley des Mid-Atlantic Ridge Spreading Center., In den 1950er Jahren sammelte Bruce Heezen vom Lamont Geological Observatory der Columbia University Breitstrahl-Echolotquerschnitte des Rift Valley und vermutete zu Recht, dass es Teil eines globalen Rift-Systems ist, das sich wie die Naht eines Baseballs um die Erde wickelt. Britische und kanadische Meeresgeologen unternahmen den nächsten Schritt und führten eine Reihe ehrgeiziger Expeditionen durch, um den Mittelatlantikkamm in der Nähe von 45° N mit jedem damals verfügbaren geophysikalischen und geologischen Werkzeug zu untersuchen. Eine amerikanische Gruppe konzentrierte ihre Aufmerksamkeit auf das Rift Valley in der Nähe von 22° N., Der Boden des Rift Valley selbst, in das eine neue ozeanische Kruste eindringt und ausbricht, blieb jedoch so dunkel und rätselhaft wie immer. Die Hunderte von aktiven Vulkanen, die den Boden des Rift Valley einnehmen, wurden von Tiefenrekordern durch boomende Seitenechos von Geräuschen verborgen, die von den steilen, 1.000 Meter hohen Klippen des Tals hallten.Dann, 1972, drei Jahre nachdem Neil Armstrong den ersten menschlichen Fußabdruck auf dem Mond hinterlassen hatte, initiierte eine internationale Gruppe von Meeresgeologen einen mutigen Fortschritt: das Rift Valley mit den einzigen Fahrzeugen zu erkunden, die sie dorthin bringen konnten—Tauchboote., Trotz etwa eines Jahrzehnts Tiefsee-Taucherfahrung gab es immer noch erhebliche Skepsis gegenüber ihrer Nützlichkeit als wissenschaftliche Werkzeuge. Diejenigen, die glaubten, herrschten jedoch vor, die Franzosen stellten die Bathyscaphe ArchimÈde und die submersible Cyana zur Verfügung, und die USA boten das zuverlässige Unterwasserarbeitstier Alvin an. Die französisch-amerikanische Mid-Ocean Undersea-Studie (Project FAMOUS) war im Gange.,

Präzise Basiskarten für die Tauchexpedition wurden mit einem Mehrstrahl-Echolot der US Navy, einem französischen Schmalstrahl-Echolotsystem und einem tief gezogenen Instrumentenpaket des Marine Physical Laboratory der Scripps Institution of Oceanography (University of California, San Diego) zusammengestellt. Ich erinnere mich an das gedämpfte Staunen an Bord des Forschungsschiffs Knorr, als wir zum ersten Mal hochauflösende Tiefschlepptiefenprofile sahen, die langsam in das Papier unserer übelriechenden Präzisionstiefenrekorder verbrannt wurden., Die Mittelform des Risses zeigte sich schließlich deutlich als tiefer Trog, der in einem breiteren Rift Valley verschachtelt war und viele Hügel enthielt, die Vulkankegel zu sein schienen. Diese Sonaraufzeichnungen waren die Basiskarten für die Tauchexpedition, und ein Team von Geologen wurde im Sommer 1973 zu den ersten Mid-Ocean Ridge-Tauchern zusammengestellt, die ArchimÈde verwendeten.

Alvin und die anderen Tauchboote haben sich in der Vergangenheit sicherlich als wissenschaftliche Werkzeuge bewährt und werden seitdem stark genutzt., In der Tat haben die Franzosen und auch die Japaner ihre ursprünglichen U-Boote durch Fahrzeuge ersetzt, die doppelt so tief bis in eine Tiefe von mehr als 6.000 Metern tauchen können. Die BERÜHMTE geologische Arbeit zeigte, dass das Rift Valley durch große Verwerfungen entsteht, die die neu gebildete ozeanische Kruste durchbrechen, und dass aktive Vulkane entlang des Rift Valley-Bodens reichlich vorhanden sind. Die jüngsten Vulkane bilden eine schmale Zone ozeanischer Krustenbildung, die nur 1 bis 2 Kilometer breit ist und im Vergleich zu den Abmessungen der Platten, die Tausende von Kilometern lang sind, bemerkenswert ist., BERÜHMTE magnetische, geochemische, gravitations-und seismische Studien führten zu der detailliertesten und umfassendsten Untersuchung eines Ausbreitungszentrums bis zu diesem Zeitpunkt. Es wurde so viel gelernt, dass 1977 zwei ganze Ausgaben des Bulletins der Geological Society of America den Ergebnissen dieser beispiellosen Expedition gewidmet waren.

Aber das Zeitalter der Entdeckung auf mittelozeanischen Graten begann erst. Bald nachdem die BERÜHMTEN Ergebnisse berichtet wurden, stand Alvin im Zentrum einer weiteren Mid-Ocean Ridge-Expedition, diesmal zum sich schneller ausbreitenden GalÁpagos-Riss im Pazifischen Ozean., Wärmeflussmessungen zeigten, dass hydrothermale Aktivität an den Flanken dieses Ausbreitungszentrums auftreten könnte, und die Hunderte von Mikroearth-Beben, die dort aufgezeichnet wurden, galten als hydrothermalen oder vulkanischen Ursprungs. Taucher an Bord von Alvin sahen viel mehr als warmes Wasser; Sie entdeckten Gemeinschaften benthischer Fauna, einschließlich „riesiger Röhrenwürmer“, die von der chemischen Energie gedeihen, die durch die Ausbreitung von Zentralvulkanen bereitgestellt wird. Dies waren und sind die einzigen Ökosysteme, von denen bekannt ist, dass sie eher auf Chemosynthese als auf Photosynthese basieren., Diese Entdeckung brachte neue Hypothesen über den Ursprung des Lebens auf der Erde—und die Möglichkeit exotischer Lebensformen auf anderen Planeten—hervor, die heute noch heiß diskutiert werden.

Nur zwei Jahre später, 1979, wurden während einer Expedition, deren Ziel es war, die Nützlichkeit von Alvin für geophysikalische Messungen zu beweisen, die ersten Hochtemperatur-„Black Smoker Vents“ am Ostpazifik in der Nähe von 21°N entdeckt., Als die PVC-Befestigungsstange einer Sonde Anzeichen von Verkohlung zeigte, wurde die Sonde hastig auf höhere Temperaturen umkalibriert. Am nächsten Tag wurden Temperaturen in der Nähe von 400°C registriert, die den vorherigen GalÁpagos-Rekord von 22°C mit großem Abstand brachen. Erst nach der Kreuzfahrt erfuhren wir, dass die Schmelztemperatur von Alvins Bullaugen erheblich unter 400°C lag.

Ein wichtiger Perspektivenwechsel kam durch die Entdeckung von hydrothermalen Lüftungsöffnungen durch Meeresgeologen und Geophysiker., Es wurde klar, dass in Studien zur Tektonik, Vulkanismus und hydrothermalen Aktivität des mittleren Ozeans die größte Aufregung in den Verbindungen zwischen diesen verschiedenen Bereichen besteht. Zum Beispiel suchten Geophysiker viele Jahre lang (auch während der Projektierung) nach hydrothermalen Aktivitäten auf mittelozeanischen Graten, indem sie Thermister in der Nähe des Meeresbodens schleppten; Schließlich misst jemand, der nach heißem Wasser sucht, die Temperatur des Wassers! Die hydrothermale Aktivität wurde jedoch schließlich effektiver dokumentiert, indem die Verbreitung exotischer Nutztiere fotografiert wurde., Schon jetzt ergeben sich die besten Indikatoren für das Wiederauftreten von Vulkanausbrüchen und die Dauer der hydrothermalen Aktivität aus der Untersuchung der Eigenschaften benthischer Faunengemeinschaften. Zum Beispiel, während der ersten Tiefsee-Mid-Ocean Ridge-Eruption, als ein Tauchboot in der Gegend war, Taucher sahen keine langsame holzfällige Kaskade von Kissenlaven, wie sie vor Hawaii in „Fire Under the Sea“ gedreht wurden.,“Was sie sahen, war völlig unerwartet: weiße Bakterienmatten, die aus dem Meeresboden ragten und eine Szene erzeugten, die einem Schneesturm im Winter in Island ähnelte und die gesamte frisch ausgebrochene, glasige, schwarze Lava mit einer dicken Decke bedeckte weißer bakterieller „Schnee.“The RIDGE Program (Ridge InterDisciplinary Global Experiments-described below) verkörpert und fördert den Geist dieses neuen interdisziplinären Ansatzes für Mid-Ocean Ridge Investigations.

Auch technologische Entwicklungen hatten einen enormen Einfluss auf unsere Perspektive., Sobald ab 1973 Mehrstrahl-bathymetrische Mapping-Tools für nicht klassifizierte Anwendungen verfügbar waren, konnten wir im Querschnitt über die zweidimensionale Perspektive des mittelozeanischen Kamms hinausgehen. Jahrzehntelang wurden bathymetrische Diagramme aus weit auseinander liegenden Profilen künstlerisch zusammengesetzt. Obwohl sich die von Marie Tharp und Bruce Heezen gezeichnete klassische „Boden der Ozeane“ – Karte als bemerkenswert genau erwies, war unbekannt, was wirklich zwischen den Profilen geschah, die oft 10 bis 100 Kilometer voneinander entfernt waren., Mit Mehrstrahl-bathymetrischen Systemen könnten bis zu 100 Schallstrahlen gleichzeitig über einen 1 bis 10 Kilometer breiten Schwaden gesammelt werden. In einem einzigen Durchgang des Schiffes konnten bis zu 100 Profile gleichzeitig gesammelt werden und jedes Profil war nur etwa 100 Meter von seinen Nachbarn entfernt. Betrachtet man den endlichen Fußabdruck von Schall, der vom Meeresboden zurückschallt, wird die Abdeckung wirklich kontinuierlich. Zum ersten Mal konnten wir Karten des Meeresbodens ohne nennenswerte Lücken erstellen! Wir müssen uns nicht mehr auf künstlerische Vermutungen für die Kartenproduktion verlassen., Heutige Mehrstrahlsysteme emittieren sehr schmale Einzelstrahlen, nur 1° bis 2° im Vergleich zu etwa 30° bei älteren Einstrahlsystemen (dies ist wie der Vergleich eines Laserstrahls mit einem Suchscheinwerferstrahl). Der Fußabdruck des Schalls für jeden Strahl in einem Mehrstrahlsystem ist nur etwa 100 Meter statt mehrere Kilometer über. Die resultierenden Karten sind viel genauer und zeigen die Struktur des Meeresbodens viel detaillierter.

Eine weitere grundlegende Einschränkung war die Navigation., Korrekturen von Satelliten und astronomischen Körpern waren selten und mit Fehlern behaftet, und es gab keine Wahrzeichen auf hoher See! Selten wussten Sie, wo Sie sich innerhalb von mehr als 1 bis 2 Kilometern befanden, so dass es keinen Sinn machte, Daten in Intervallen zu sammeln, die näher waren. Das Global Positioning System (GPS) wurde in einem degradierten Format einige kostbare Stunden pro Tag etwa zur gleichen Zeit verfügbar, als Mehrstrahl-bathymetrische Systeme in Betrieb gingen., Später, als die GPS-Navigation 24 Stunden pro Tag mit präzisen Korrekturen alle 2 Sekunden verfügbar wurde (im Vergleich zu etwa alle 2 Stunden für die Transitsatelliten), konnten 10 Kilometer breite Schwaden sehr genauer Meeresbodendaten gesammelt und erstmals routinemäßig präzise lokalisiert werden. In den späten 1980er Jahren erklärten meine Kollegen und ich ungläubigen Doktoranden, wie es in den „alten Tagen des verlorenen Seins auf See“ war (das Äquivalent des Meeresgeophysikers, nehme ich an, „barfuß im Schnee zur Schule zu gehen bergauf in beide Richtungen.,“) Unsere Geschichten fielen jedoch auf taube Ohren, als sich unsere Schüler über Navigationsfehler von bis zu 50 Metern beschwerten und wie diese winzigen (für mich) Fehler die Sammlung einiger Datensätze, wie zum Beispiel der Schwerkraft, beeinträchtigten.

Karten sind mächtig: Sie informieren, erregen und stimulieren., So wie die frühesten Karten der Welt im sechzehnten Jahrhundert ein starkes Zeitalter der Erforschung einleiteten, stimulierten die ersten hochauflösenden Karten mit kontinuierlicher Abdeckung des mittelozeanischen Kamms die Forscher aus einer Vielzahl von Bereichen, darunter Petrologie, Geochemie, Vulkanologie, Seismologie, Tektonik, Meeresmagnetik und Schwerkraft sowie einige außerhalb der Geowissenschaften, einschließlich Meeresökologie, Chemie und Biochemie., Für Erdwissenschaftler erlaubte uns die Kombination von hochauflösenden Swath-Mapping-Tools und präziser Navigation, unsere Fixierung mit den geraden Querschnitten über Grate aufzugeben, die durch unser geologisches Training eingeflößt wurden und während der Projektphase sehr in Mode waren. Während ein solcher Ansatz in den frühen Tagen nützlich war und immer noch seine Anwendungen hat, haben wir festgestellt, dass die aufschlussreichsten Variationen oft beobachtet werden, indem entlang der Achse des aktiven Kamms erforscht wird.

Diese neue, along-strike Perspektive zeigt die Architektur des globalen Rift Systems., Die Kammachse wellt sich systematisch und definiert eine grundlegende Aufteilung des Kamms in Segmente, die durch eine Vielzahl von Diskontinuitäten begrenzt sind. Die Segmente können sich verlängern oder verkürzen, und sie haben Zyklen erhöhter vulkanischer, hydrothermaler und tektonischer Aktivität. Die neuen Karten und die von ihnen angeregten meeresgeologischen Studien zeigen eine Hierarchie in der Segmentierung der mittelozeanischen Grate. Segmente erster Ordnung sind im Allgemeinen Hunderte von Kilometern lang, bestehen für Millionen bis Dutzende Millionen von Jahren und sind durch relativ permanente, starre Plattentransformationsfehler begrenzt., Diese Fehler waren bei den alten Breitstrahl-Echoloten entdeckt worden, aber ihre strukturelle Komplexität und ihr Einfluss auf benachbarte Firstsegmente konnten ohne die neue Kartengeneration nicht geschätzt werden.

Wie unten rechts dargestellt, ist ein Segment erster Ordnung normalerweise in mehrere Segmente zweiter oder dritter Ordnung unterteilt,die weniger als 10 Millionen Jahre bzw. Diese kleineren, weniger permanenten Segmente sind durch eine Vielzahl von nicht-rigid Diskontinuitäten begrenzt, die entlang der Länge des Kamms wandern können., Somit können sich diese feineren Skalensegmente verlängern, verkürzen oder sogar vollständig verschwinden. Im feinsten Maßstab können Segmente vierter Ordnung, die in der Größenordnung von 10 Kilometern lang sind, nur 100 bis 10.000 Jahre als unterschiedliche Leitungen für Krustenakkretionsprozesse überleben. Diese Segmente sind die Produkte einer Reihe von Deicheindringereignissen, den grundlegenden Einheiten der Krustenbildung. Deiche bilden sich, wenn geschmolzenes Material durch vertikale Risse und Risse aufsteigt., Die Langlebigkeit dieser Segmente vierter Ordnung und die damit verbundenen Zyklen magmatischer, vulkanischer, tektonischer und hydrothermaler Aktivität üben einen kontrollierenden Einfluss auf die Verteilung und das Überleben exotischer benthischer Faunalgemeinschaften aus, die in der dunklen, kalten und feindlichen Umgebung des mittelozeanischen Kamms gedeihen.

Während die Untersuchungen fortgesetzt werden, sehen wir weitere Beweise für wichtige Zusammenhänge zwischen sehr unterschiedlichen Arten von Beobachtungen.,ial Tiefe,
• Querschnittsfläche des Kamms (ein Proxy für magmatische Effekte auf sich schnell ausbreitenden Graten),
• Krustendicke,
• Geochemie und abgeleitete Eruptionstemperatur von Lavas,
• Messungen der Krustenmagnetisierung,
• Eigenschaften von achsennahen Fehlern wie entlang Streikschwankungen in den Höhen von Störungsnarben,
• die Breiten und abgeleiteten Tiefen von Rissen und Rissen entlang der Achse,
• Lava Alter,
• vorhandensein oder Fehlen einer krustenaxialen Magmakammer (oder Schmelzlinse),
• Intensität der hydrothermalen Aktivität und
• Fülle von hydrothermalen Entlüftungsgemeinschaften.,
Heute besuchen Meeresgeophysiker und Geochemiker oft die Gespräche von benthischen Ökologen und umgekehrt; das war vor 20 Jahren sehr ungewöhnlich. Trotz der jüngsten Budgettraumata ist die Forschung am mittelozeanischen Grat spannender und interdisziplinärer als je zuvor.

Wir haben jetzt fast die Hälfte des globalen mittelozeanischen Kammsystems entlang eines schmalen Korridors abgebildet, der die Ausbreitungsmittelplattengrenze definiert, ein bemerkenswerter Fortschritt, wenn man bedenkt, dass wir vor weniger als einem Jahrzehnt weniger als ein Prozent des Systems abgebildet hatten., Aber wir haben mit Tauchbooten oder ferngesteuerten Fahrzeugen weniger als ein Prozent dieser faszinierenden Zone der Krustenplattenherstellung erforscht, in der mehr als 90 Prozent der vulkanischen Aktivität der Erde rumpelt. Außerhalb dieses schmalen Bandes, an den Flanken des Mid-Ocean Ridge-Systems, weniger als ein Prozent wurde abgebildet und weniger als .001 Prozent wurden untersucht. Vergleichen Sie dies mit der Kartierung der Oberfläche der Venus-die fast 100 Prozent abgeschlossen ist., Die Ansicht des globalen Meeresbodens mit niedriger Auflösung, die kürzlich veröffentlichte GEOSAT-Karten liefern, bietet eine Vielzahl verlockender Ziele für weitere Untersuchungen.

Ich vermute, dass einige der aufregendsten Entdeckungen in naher Zukunft bevorstehen. Was für eine tolle Zeit, ein Meeresgeologe zu sein (wenn Sie einen Job bekommen können)!

Sowohl die National Science Foundation als auch das Office of Naval Research unterstützen tektonische Studien am mittleren Ozean.,

Ken Macdonald absolvierte 1975 das MIT / WHOI Joint Program in Oceanography und ist seitdem ein Dutzend Jahre Mitglied der Woods Hole Oceanographic Institution Corporation. Er hatte das Vergnügen, mehrere seiner Studenten zum gemeinsamen Programm zu sehen, und einige seiner Doktoranden schließen sich wissenschaftlichen Mitarbeitern in Woods Hole und anderswo an. Ken hat über 20 Tiefseeexpeditionen geleitet und hatte das Glück, an einigen der ersten Erkundungen des mittelozeanischen Kamms mit Mehrstrahl-Echolot, ferngesteuerten Fahrzeugen und Tauchbooten teilzunehmen., Er sagt, er findet mittelozeanische Grate so aufregend und mysteriös wie damals, als er ihnen zum ersten Mal begegnete—und erlebt Wahnvorstellungen zu verstehen, wie sie funktionieren, die kurzlebig und illusorisch sind.

RIDGE

– RIDGE Ziele sind zweifach: 1), um den Fokus
koordinierten, interdisziplinären Erforschung der geologischen und
geodynamischen Prozesse im Zusammenhang mit der Erstellung der ozeanischen Lithosphäre,
und 2) ein Rahmen, in dem vielfältige innovative,
investigator-initiierte Forschung durchgeführt werden können., Einige spezifische
– Errungenschaften des RIDGE-Programms in den letzten fünf Jahren umfassen:

•
Entdeckung unerwartet schneller Veränderungen, insbesondere bei hydrothermalen
– Aktivitäten und Entlüftungsgemeinschaften, unmittelbar nach einem
– Ausbruch.
• Echtzeit-überwachung und Reaktion auf magmatische Ereignisse
auf Bergrücken in Nordost-Pazifik (in Zusammenarbeit mit den Nationalen
Oceanic and Atmospheric Administration).
• Entdeckung eines
subsurface microbial biosphere innerhalb der ozeanischen Kruste, die eine
die Biomasse-bisher unbekannte auf der Erde.,
Recognition Anerkennung der breiten
Palette von tektonischen Einstellungen und Vielfalt der Fauna mit
Mid-Atlantic Ridge hydrothermal Areas verbunden.
• Entwicklung von
quantitativen, beobachtungsbasierten Modellen, die die Empfindlichkeit der
Gratachsentopographie gegenüber Variablen wie Ausbreitungsrate, Magmaversorgung und axialer thermischer Struktur erklären.
• Aufbau einer globalen
digitalen Datenbank für bathymetrische Daten des mittleren Ozeans für bestimmte
Teile des Global Ridge Systems.
Definition Definition der geringen Größe
von krustenartigen Magmakörpern selbst an den sich am schnellsten ausbreitenden Graten.,
•
Anerkennung der Bedeutung der auftriebsgetriebenen Strömung bei der Steuerung
sowohl der Enge des Mantelauflaufs im Sinne einer Querachse als auch der
Dreidimensionalität der Aufwärtsbewegung entlang der Achse.
• Mapping-und Aufklärungs-rock
– sampling bislang unerforschte supersegments (lange Segmente
in der Regel verlängern 1.000 bis 2.000
Kilometer) in der global mid-ocean ridge system.
• Die ersten Messungen der Plattenbewegung auf einem mittelozeanischen Grat.,
• Bereitstellung der ersten Bilder der Schmelzverteilung im oberen
Mantel unter einem mittelozeanischen Grat durch das SCHMELZE (Mantel elektromagnetische
und Tomographie) Experiment.