Investigation of Manganese nodules in the southern Baltic Sea

Die Genese von Mangan-Eisen-Akkumulaten der Kieler Bucht wurde durch In-situ-Experimente vor allem in Tauchgängen unter Berücksichtigung der hydrographischen und sedimentologischen Gegebenheiten sowie natürlicher Akkumulatvorkommen und Krusten auf künstlichen Substraten untersucht. An den diagenetisch gebildeten Akkumulaten wurden chemische Zusammensetzung, Mineralogie, physikalische Parameter, Morphologie und Internstrukturen untersucht. Wichtige Faktoren für die Entstehung der Mangan-Eisen-Akkumulate sind geringe Sedimentationsraten am Entstehungsort, das Vorhandensein geeigneter Anlagerungskerne sowie ausreichende Zufuhr von gelöstem Mangan und anderen Metallen durch Diffusion aus dem Sediment und durch lateralen Transport im freien Wasser vor allem im Sommer und Frühherbst infolge absinkender Sauerstoffgehalte im Bodenwasser der Rinnen. Die Experimente ergaben eine saisonale Abscheidungscharakteristik der Mangan-Eisen-Oxide in Abhängigkeit von der hydrographischen Jahresentwicklung mit niedrigen Zuwachsraten im Winter und Frühjahr und hohen Werten im Sommer und Herbst. Die 1981 experimentell ermittelte Wachstumsrate liegt im Bereich der südlichen Kieler Bucht (Boknis Eck) bei ca. 20 mm/1000 a. Für das Vorkommen vor Schleimünde wurden in Anlehnung an SUESS & DJAFARI (1977) 30-50 mm/1000 a berechnet. Unter reduzierenden Bedingungen infolge Sedimentüberdeckung können Mangan-Eisen-Akkumulate partiell oder vollständig wieder aufgelöst werden. Für den Verbleib der Akkumulate an der Sedimentoberfläche wird die Bedeutung der Seenelke Metridium senile nachgewiesen.

Methane measurements in the Laptev Sea, Arctic Ocean

In der Wassersäule der Laptew See haben die Bildungs- und Verteilungsbedingungen vielfliltige Ursachen. Für die südliche Lapt ew See konnte eine Methananomalie innerhalb des Lenaausstrorns nachgewiesen werden, die im direkten Zusammenhang mit dem Flußwasser stehen muß. Mit den hohen Konzentrationen am Kontinentalhang ergab sich ein Hinweis auf eventuell vorhandene Gashydrate an der Sole eines zum Hang hin auskeilenden Permafrosts oder auf Gashydrate in den Sedimenten des Kontinentalhangs selbst. Ob es entlang der reliktisch vorhandenen, ehemaligen Flußläufe auf dem Schel f ebenfalls zu Entgasungen kommt, bleibt allerdings weiter unklar, da dieses Phänomen nicht beobachtet wurde oder die Anomalien nicht eindeutig diesem Prozeß zuzuordnen waren. Sicherlich ist die COz-Reduktion im Sediment in der Laptew See eine Hauptquelle für marines, bodennahes Methan. Die Ergebnisse. zeigen, daß dieser Bildungsprozeß vor allem für die küstennahen Bereiche wahrscheinlich ist. Dennoch gibt es auch Bereiche, wo die Zuordnung zu einer expliziten Methanquelle nicht eindeutig ist. Für eine genauere Bewertung der Herkunft der Gase sollten in künftigen Untersuchungen die Methankonzentrationen des Sediments einbezogen werden. Aber auch die Isotopensignaturen des Gases im Sediment können wertvolle Hinweise auf die Genese geben, vor allem wenn die Wasserstoffisotopie mituntersucht wird. Dies erscheint sinnvoll, da sich dur ch leichtes, bodennahes, Methan in der Wassersäule Hinweise auf biogene Bildungen ergaben, dieser Befund könnte durch weitere Untersuchungen präzisiert werden. Dies gilt aber auch für die CH4-Anomalien des OberfIächenwassers. Auch hier ergaben sich durch leicht KohIenstoffsignaturen Hinweise auf biogene in situ-Produktion. Mit detaillierteren Methankonzentrations- und d13C- CH4-Isotopenprofilen der Wassersäule könnte dieser Bildungspfad eindeutiger beschrieben werden. Es konnte ferner gezeigt werden, daß die Lapt ew See während der Sommermonate eine Quelle für atmosphärisches CI L darstellt. Das emittierte Gas geht neben vereinzelten Bodenquellen auch auf in situ-Produktion in der Wassersäule zurück. Abgesehen von der nördlichen Region geht das Methan bodennaher Anomalien innerhalb der Wassersäule sehr schnell zurück und nur ein kleiner Teil gelangt so schließlich in die Atmosphäre. Der während der ARK-XIV Expedition getestete Methansensor hat sich als ungeeignet für den Einsatz gemeinsam mit der CTD erwiesen. Es hat sich gezeigt, daß der Sensor unter diesen Bedingungen nicht genügend Zeit hat, um sein Meßsignal zu stabilisieren. Möglicherweise kann er aber in modifizierter For m und mit einer Kalibration für niedrigere Konzentrationsbereiche als stationäres Meßgerät eingesetzt werden. Für hohe CH4-Konzentrationen, wie man sie an Pockmarks antrifft, ist die Methansensormessung sicherlich auch jetzt schon eine geeignete Methode.

Analysis of Manganese nodules from Sonne cruises SO06/1 and /2, "Hawaii-Tahiti-Transect", Teilprojekt ICIME

Manganese nodules research has focused on the area between the Clarion Fracture Zone to the North and the Clipperton Fracture Zone to the South where significant concentrations were found ni Ni-Cu. During the CCOP/SOPAC-IOC/IDOE International workshop on the "Geology Mineral Resources and Geophysics of the South Pacific" held in Fiji in September 1975, a working group on manganese nodules was formed by scientists from: CNEXO, Brest, the Institute of Oceanography, New Zealand, Imperial College, London and the Technical University of Aachen. A draft project was presented in July 1976 by J. Andrews, University of Hawaii and G. Pautot, Cnexo on a joint survey under the name of: "Hawaii-Tahiti Transect program". Further details were worked on in September 1976 during the International Geological Congress in Sydney with the participation of D. Cronan, Imperial College, Glasby, New Zealand Geological Survey and G. Friedrich, Aachen TU. The scientific final program was established in July 1977, planning on the participation of three research vessels: the Suroit (CNEXO), the Kana Keoki (U. of Hawaii) and the Sonne (Aachen TU). Several survey areas were selected across the Pacific Ocean (Areas A, B, C, D, E, F, G and H) with about the same crustal age (about 40 million years) and a similar water depths. Being near large fault zones, the ares would be adequate to study the influences of biological productivity, sedimentation rate and possibly volcanic activity on the formation and growth of manganese nodules. The influnece of volcanic activity study would particularly apply to area G being situated near the Marquesas Fracture Zone. The cruise from R/V Sonne started in August 1978 over areas C, D, F, G K. The R/V suroit conducted a similar expedition in 1979 over areas A, B, C, D, E, H and I. Others cruises were planned during the 1979-1980 for the R/V Kana Keoki. The present text relates the R/V Sonne Cruises SO-06/1 and SO-06/2 held within the frame work of this international cooperative project.

Mineralogical-sedimentological and chemical investigation of sediments from Cross Bank off Florida

The sediments of a core of.1.55 m length taken on the windward side of the Cross Bank, Florida Bay, are clearly subdivided into two portions, as shown by grain size analysis: silt-sized particles predominate in the relatively homogeneous lower two thirds of the core. This is succeeded abruptly by a thin layer of sand, containing fragments of Halimeda. They indicate a catastrophic event in the Florida Bay region, because Halimeda does not grow within Florida Bay. Above this layer, the amount of sand decreases at first and then continuously increases right to the present sediment-water-interface. The median and skewness increase simultaneously with the increase in the sand and granule portion. We assume that the changing grain size distribution was determined chiefly by the density of the marine flora: during the deposition of the lower two thirds of the core a dense grass cover acted as a sediment catcher for the fine-grained detritus washed out of the shallow basins of the Florida Bay, and simultaneously prohibited renewed reworking. Similar processes go on today on the surface of most mud banks of Florida Bay. The catastrophic event indicated by the sand layer probably changed the morphology of the bank to such an extent that the sampling point was shifted more to the windward side of the bank. This side is characterized by less dense plant growth. Therefore, less detritus could be caught and the material deposited could be reworked. The pronounced increase in skewness in the upper third of the core certainly indicates a strong washing out of the smaller-sized particles. The sediments are predominantly made up of carbonates, averagely 88.14 percent. The average CaCO3-content is 83.87 percent and the average MgCO3-content amounts to 4.27 percent. The chief carbonate mineral is aragonite making up 60.1 percent of the carbonate portion in the average, followed by high-magnesian calcite (33.8 percent) and calcite (6.1 percent). With increasing grain size the aragonite clearly increases at the cost of high-magnesian calcite in the upper third of the core. Chemically, this is shown by an increase of the CaCO3 : MgCO3-ratio. This increase is mainly caused by the more common occurrence of aragonitic fragments of mollusks in the coarse grain fractions. The bulk of the carbonates is made up of mollusks, foraminifera, ostracods, and - to a much lesser extent - of corals, worm-tubes, coccolithophorids, and calcareous algae, as shown by microscopic investigations. The total amount of the carbonate in the sediments is biogenic detritus with the possible exception of a very small amount of aragonite needles in the clay and fine silt fraction. The individual carbonate components of the gravel and sand fraction can be relatively easy identified as members of a particular animal or plant group. This becomes very difficult in the silt and clay fraction. Brownish aggregates are very common in the coarse and medium silt fraction. It was not always possible to clarify their origin (biogenic detritus, faecal pellets or carbonate particles cemented by carbonates or organic slime, etc.). Organic matter (plant fragments, rootlets), quartz, opal (siliceous sponge needles), and feldspar also occur in the sediments, besides carbonates. The lowermost part of the core has an age of 1365 +/- 90 years, as shown by 14C analysis.