Methane discharge in sediments of the Dvurechenskii mud volcano

During the MARGASCH cruise M52/1 in 2001 with RV Meteor we sampled surface sediments from three stations in the crater of the Dvurechenskii mud volcano (DMV, located in the Sorokin Trough of the Black Sea) and one reference station situated 15 km to the northeast of the DMV. We analysed the pore water for sulphide, methane, alkalinity, sulphate, and chloride concentrations and determined the concentrations of particulate organic carbon, carbonate and sulphur in surface sediments. Rates of anaerobic oxidation of methane (AOM) were determined using a radiotracer (14CH4) incubation method. Numerical transport-reaction models were applied to derive the velocity of upward fluid flow through the quiescently dewatering DMV, to calculate rates of AOM in surface sediments, and to determine methane fluxes into the overlying water column. According to the model, AOM consumes 79% of the average methane flux from depth (8.9 x 10**+ 6 mol a**-1), such that the resulting dissolved methane emission from the volcano into the overlying bottom water can be determined as 1.9 x 10**+ 6 mol a**-1. If it is assumed that all submarine mud volcanoes (SMVs) in the Black Sea are at an activity level like the DMV, the resulting seepage represents less than 0.1% of the total methane flux into this anoxic marginal sea. The new data from the DMV and previously published studies indicate that an average SMV emits about 2.0 x 10**+ 6 mol a**-1 into the ocean via quiescent dewatering. The global flux of dissolved methane from SMVs into the ocean is estimated to fall into the order of 10**+10 mol a**-1. Additional methane fluxes arise during periods of active mud expulsion and gas bubbling occurring episodically at the DMV and other SMVs.

Methane, helium isotope and hydrogen data from the Nibelungen hydrothermal area, Mid Atlantic Ridge

Hydrothermal emission of mantle helium appears to be directly related to magma production rate, but other processes can generate methane and hydrogen on mid-ocean ridges. In an on-going effort to characterize these processes in the South Atlantic, the flux and distribution of these gases were investigated in the vicinity of a powerful black smoker recently discovered at 8°17.9' S, 13°30.4' W. The vent lies on the shoulder of an oblique offset in the Mid-Atlantic Ridge and discharges high concentrations of methane and hydrogen. Measurements during expeditions in 2004 and 2006 show that the ratio of CH4 to 3He in the neutrally buoyant plume is quite high, 4 x 10**8. The CTD stations were accompanied by velocity measurements with lowered acoustic Doppler current profilers (LADCP), and from these data we estimate the methane transport to have been 0.5 mol/sec in a WSW-trending plume that seems to develop during the ebb tidal phase. This transport is an order of magnitude greater than the source of CH4 calculated from its concentration in the vent fluid and the rise height of the plume. From this range of methane fluxes, the source of 3He is estimated to be between 0.14 and 1.2 nmol/sec. In either case, the 3He source is significantly lower than expected from the spreading rate of the Mid-Atlantic Ridge. From the inventory of methane in the rift valley adjacent to the vent, it appears that the average specific rate of oxidation is 2.6 to 23/yr, corresponding to a turnover time between 140 and 16 days. Vertical profiles of methane in the surrounding region often exhibited Gaussian-like distributions, and the variances appear to increase with distance from the vent. Using a Gaussian plume model, we obtained a range of vertical eddy diffusivities between 0.009 and 0.08 m2m2/sec. These high values may be due to tidally driven internal waves across the promontory on which the vent is located.

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.