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Amundsenlog #3: Das MeBo-Bohrprogramm

erstellt von Silvia Weber zuletzt verändert: 16.03.2017 12:49

Eine aufregende Woche liegt hinter uns. Eine Änderung der Planung folgt der nächsten. Warum ist es unmöglich, auf Tage hinaus einem Arbeitsprogramm in dieser Region verlässlich zu folgen? Unsere Arbeiten mit dem Schiff sind vor allem durch das Bohrprogramm mit dem MeBo-Gerät bestimmt.

Eine geodätische GPS-Messstation auf der Clark-Insel, die von Mirko Scheinert und Benjamin Ebermann installiert wurde. (Bild: Mirko Scheinert)Da noch niemals in dieser Region eine Bohrung durchgeführt wurde, sind wir jedes Mal auf höchste gespannt, was uns die Bohrkerne bringen. Wie tief kommt der Bohrstrang ins Gestein? Wie hoch ist der Kerngewinn, also gewonnenes Sedimentgestein, in den Rohren? Aus welchen Sedimenten besteht das erbohrte Material? Und etwas ganz Entscheidendes: Kann eine Bohrung lange genug, und damit tief genug, durchgeführt werden, ohne dass sie aufgrund eines nahenden Eisberges, großer Eisschollen, eines technischen Defekts oder unerwarteten Verschleißes der Bohrkrone vorzeitig abgebrochen werden muss?

Yani Najman bei der geologischen Geländearbeit auf einer der Backer-Inseln. (Bild: Max Zundel)Wir haben uns am Anfang der Woche entschieden, die südliche Pine-Island-Bucht zu verlassen und neue Bohrlokationen auf dem mittleren Schelf aufzusuchen. Die Gründe dafür waren zum einen die Eisberghäufigkeit, die eine längere Positionierung des Schiffs an einer Bohrstation nicht zulässt, und zum anderen die bisher kaum altersdatierbaren Sedimente, die wir bisher an zwei Stellen erbohrten. Das Sedimentbecken nahe des Pine-Island-Gletschers besteht wahrscheinlich größtenteils aus Material, das über Schmelzwasser unter dem Gletscher eingetragen und abgelagert wurde. Beim nächsten Bohrziel ging es um die Frage, aus welcher stratigraphischen Abfolge die bis zu 7 km mächtigen sedimentären Gesteinabfolgen auf dem Kontinentalschelf des Amundsenmeeres bestehen. Seismische Daten, die wir bereits vor einigen Jahren hier gewonnen haben, zeigen deutlich, wo die ältesten, um 1-2° geneigten Sedimentschichten am Meeresboden auskeilen. Da unsere sedimentechographischen (Parasound) Messungen andeuten, dass diese alten Schichten von nur wenigen Metern dicken jüngeren glazialen Sedimenten bedeckt sind, hoffen wir, sie mit dem MeBo erbohren zu können. Die erste Bohrung wurde gleich ein Erfolg!  Knapp 31 m ging der Bohrer in das Gestein. Zwar kamen einige der 2,35 m langen Rohre leer oder nur teilweise gefüllt an Deck, aber gerade beim unteren, dem eigentlich interessanten Abschnitt der Bohrung, brach große Begeisterung im Geolabor aus, als die Bohrkerne aus den Innenrohren des Bohrstranges herausgeschoben wurden. Unter verfestigtem Sandstein kam ein scharfer Übergang zu einem dunklen, harten Tonstein, der nach erster Analyse aus einer kohlenstoffhaltigen Matrix besteht. Das bedeutet, wir haben tatsächlich unter den jungen glazialen Sedimenten in Sedimentgestein gebohrt, das in einem warmen Klima (Kreide bis Eozän?) abgelagert wurde. Das Alter kann erst über eine genaue Analyse, zum Beispiel von Pollen, bestimmt werden.

MeBo-Bohrgestänge mit Bohrkrone links. (Bild: Karsten Gohl)Wir wollten dann 15 Stunden später das MeBo am Meeresboden für die nächste Bohrung absetzen - diesmal über einer Sedimentabfolge, die anhand der reflexionsseismischen Aufnahmen stratigraphisch wesentlich jünger (Miozän?) sein muss. Nach 5,1 m Bohrtiefe war leider aufgrund eines verklemmten Innenrohres Schluss mit der Bohrung. Dazu näherte sich auch noch ein Eisberg. Nach jeder Bohrung muss das technisch sehr aufwendige MeBo mindestens 12 Stunden gewartet und auf den nächsten Einsatz vorbereitet werden. Wir nutzen diese Zeit immer gut für andere Beprobungs- und Vermessungsarbeiten. Wieder zur letzten Bohrstation zurück unternahmen wir einen zweiten Versuch. Diesmal ging es knapp 10 m tief in das Gestein; dann war wegen eines technischen Defektes am Bohrkopf Schluss. Aber wir haben unterhalb des massiven, jüngeren Geschiebemergels wieder toniges, sehr festes Sediment erbohrt, das eventuell aus dem Miozän stammen könnte

Der Versuch, einen recht festsitzenden Bohrkern aus dem Kunststoffrohr zu drücken. (Bild: Karsten Gohl)Zwei Gruppen sind in den letzten 10 Tagen nahezu täglich mit einem der beiden Helikoptern auf das Festland oder auf kleine Inseln in der Pine-Island-Bucht geflogen. Das Forschungsprojekt der Geodäten Mirko Scheinert und Benjamin Ebermann von der TU Dresden umfasst präzise GPS-Messungen an ausgewählten Punkten, die im anstehenden Fels vermarkt sind. Die über mehrere Tage durchgeführten Messungen liefern hochgenaue Punktkoordinaten, nämlich mit einer Genauigkeit von zwei bis vier Millimetern in der horizontalen Lage und fünf bis sieben Millimetern in der Höhe. Aus dem Vergleich von Messungen verschiedener Jahre können so Koordinatendifferenzen und nachfolgend zeitliche Änderungen bzw. Deformationen abgeleitet werden. Insbesondere die vertikale Deformation soll Aufschluss darüber geben, in welchem Ausmaß sich die Erde aufgrund des glazial-isostatischen Ausgleichs (GIA) hebt. Der GIA-Effekt kann mittels der Verknüpfung von vergangenen und  rezenten Eismassenänderungen mit der Rheologie (also den  Materialeigenschaften) der Erdkruste und des Erdmantels erklärt werden. Im Arbeitsgebiet dieser Expedition konnten wir GPS-Messungen an den Punkten am Mount Manthe und auf einer Insel am nördlichen Eisschelf des Pine-Island-Gletschers durchführen. Diese Beobachtungen stellen bereits die dritte Wiederholungsmessung nach 2006 und 2010 dar. Zusätzlich haben wir zwei neue Punkte vermarkt und erstmalig vermessen, nämlich auf der nördlichsten der Backer-Inseln  und auf der Clark-Insel. Wir hoffen, dass das Messgerät auf der Clark-Insel möglichst lange läuft, da uns das derzeitige Programm von Polarstern auch noch in den nächsten Tagen erlauben wird, die Insel anzufliegen, um die Ausrüstung wieder zu bergen.

Ausbeute von Bohrkernen aus bis zu 30 m Tiefe. Erst nach der Vermessung von physikalischen Eigenschaften der Bohrkerne in der Kernmessbank werden die Kerne in zwei Hälften gesägt. (Bild: Karsten Gohl)Die zweite Gruppe, bestehend aus den Landgeologen Max Zundel (Universität Bremen) und Yani Najman (Lancaster University, Großbritannien), nutzten ebenfalls das gute Flugwetter, um die unzähligen kleinen Inseln der Pine-Island-Bucht per Helikopter zu erreichen. Sie nehmen Gesteinsproben des vorkommenden Grundgebirges und von erratischen Blöcken, also Gesteine, die durch Gletscher weite Strecken transportiert und auf den Inseln abgelegt wurden. Durch Datierungen am Grundgebirge kann die regionale Abkühlung der Gesteine nachvollzogen werden, welche Aufschluss auf Erosion, Sedimentation und Hebung der letzten ca. 100 Millionen Jahre gibt. Diese Informationen werden genutzt, um die langfristige Oberflächenentwicklung zu rekonstruieren, welche wichtige Hinweise auf das Einsetzen und Verhalten der Vereisung in der Westantarktis liefert. Die erratischen Blöcke werden datiert, um festzustellen, wann diese vom Gletschereis freigegeben wurden, bzw. wann die Inseln größtenteils eisfrei geworden sind. Dadurch erhoffen sich die Geologen, den Gletscherrückzug der letzten ca. 15.000 Jahre in der Pine-Island-Bucht zu datieren.

Durch die ereignisreichen Tage und häufigen Planungsanpassungen vergehen die Expeditionstage wie im Fluge. Am gestrigen Samstag feierten wir zur Halbzeit das traditionelle Bergfest. Das hervorragende Küchenteam der Polarstern hat wieder einmal einen glänzenden Grillabend hingelegt.

Die täglichen Satellitenkarten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) deuteten es schon an: Eine großes Treibeisfeld schiebt sich durch die stetigen Ostwinde in das Gebiet, in dem wir eigentlich noch etwas länger mit dem MeBo bohren wollten. Kurz entschlossen bewegen wir uns mit dem Schiff nun in ein wenig erforschtes Gebiet östlich der großen Burke-Insel und werden dort in den nächsten Tagen ein vollkommen neues Bohrziel ansteuern ....

Mit herzlichen Grüßen

Mirko Scheinert, Max Zundel und Karsten Gohl

 


Maria S. Merian Im Rahmen der Ausfahrt PS104 begeben sich Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts unter der Leitung von Karsten Gohl in den Südlichen Ozean. Das Hauptarbeitsgebiet ihrer Expedition befindet sich im südlichen Amundsenmeer und der Pine-Island-Bucht. Dort erbohren sie Sedimentkerne, um Aufschluss über den westantarktischen Eisschild (WAIS), seine klimabedingten Veränderungen und die dadurch entstehenden Folgen zu erhalten. Die Geowissenschaftler berichten im Logbuch für planeterde direkt von Bord der Polarstern.

Eine Kooperation mit dem AWI.