Nach 5 Wochen auf See und 20 intensiven Tagen der Probenahme im Hydrothermalfeld  - genannt Rainbow - am Mittelatlantischen Rücken nähern wir uns dem Hafen von Emden.

Wir erlebten eine andere Welt unter der Meeresoberfläche und waren sehr froh das hydrothermale Signal auf viele verschiedene Arten beobachten zu können. Zunächst beobachteten wir das Trübungssignal während des Abtauchens spurenmetallreinen CTD. Dieses Signal nimmt im Tiefenbereich des hydrothermalen Plume durch die Freisetzung von Partikeln zunächst zu und darunter wieder ab. So erhielten wir Informationen über die vertikale Ausdehnung und die Intensität des Plumes. Noch beeindruckender war das Aussetzen des MUC, eines Geräts zur Sammlung von Sediment- und Porenwasserproben. Dieses Gerät war mit einer Unterwasserkamera ausgestattet. Das Videosignal wurde an eine Steuereinheit an Bord gesendet, wo wir es live verfolgen und durch die photische Zone bis auf ca. 2500 m Wassertiefe "tauchen" konnten, vorbei an dunklen Wolken, die gerade vom Hydrothermalfeld ausgestoßen wurden. Dieses Signal wurde mit zunehmender Entfernung von der hydrothermalen Quelle schwächer, da Partikel, die von den hydrothermal aktiven Stellen emittiert werden oder die sich bei der Vermischung mit dem kalten Meerwasser der Umgebung bilden, mit zunehmender Ausdehnung ausfallen. Auf den Filtern, die partikuläres Material >0.2 µm aus 3-9 l Probe sammelten, konnte man jedoch immer noch das Plumesignal anhand der stärkeren Färbung erkennen, auch wenn ein Signal in der Trübung und von der Unterwasserkamera nicht mehr zu erkennen war.  

Wie jeder andere Tag auf einer Station beginnt der Tag früh mit dem Absenken der spurenmetallfreien CTD-Rosette ins Wasser auf eine Tiefe von etwa 2500 m, je nach Beschaffenheit des Meeresbodens. Alle Wissenschaftler an Bord warten sehnsüchtig darauf, dass sie ihre Wasserprobe bearbeiten und analysieren können. Sobald die Besatzung die Position der CTD-Rosette in der größtmöglichen Tiefe bestätigt hat, extrapoliert der für diesen CTD-Einsatz verantwortliche Teamleiter die Tiefe der Probenahme auf Grundlage des Trübungssignals (das Informationen über die Ausdehnung der hydrothermalen Wolke gibt) und steuert das Schließen der Wasserflaschen während des Hebens von Bord aus. Sobald die CTD- wieder an Deck ist, werden die Niskin-Flaschen in einen speziellen sauberen Laborcontainer gebracht. Dort wird eine ungefilterte Wasserprobe in einer vorgereinigten und mit Säure gewaschenen 2-Liter-Flasche entnommen. Die Wasserprobe wurde dann in ein Labor gebracht, das wir als Jacobs-Team an Bord RV Meteor nutzen können. Die Wasserprobe wird dann sofort durch eine sequenzielle Filtration bearbeitet. Die sequenzielle Filtration wird eingesetzt, um die verschiedenen Größenfraktionen von Spurenmetallen in einer bestimmten Probe zu erhalten. Im Rahmen unserer Forschung streben wir eine Größenfraktionierung von 0.8, 0.2 bzw. 0.015 Mikrometer (10-6 m) an. Zu diesem Zweck werden drei Filtrationstürme verwendet, einer für jede der Größenfraktionen. Die Probe wird absteigend vom großen zum kleinen Porendurchmesser nacheinander filtirert - daher der Begriff sequentielle Filtration.

Zu Beginn wird der Filterturm mit der Filtermembran mit der größten Porengröße, 0.8 Mikrometer, bestückt. Zur Verarbeitung der ungefilterten Proben (Volumen von ca. 1.5 l) werden jeweils 0.25 l in den Filterturm eingefüllt und durch die entsprechende Membran gefiltert und das Filtrat aufgefangen. Zur Erleichterung dieses Filtrationsprozesses haben wir Stickstoffgas aus einer Druckflasche an den Filterturm angeschlossen. Sobald die gesamte Probe die Membran passiert hat, werden die Filtermembran selbst und Aliquote für verschiedene Analyten, z.B. Platin, die ich im Rahmen meiner Bachelorarbeit analysieren werde, gesammelt. Der Vorgang wird mit dem Rest des Filtrats durch eine 0.2 Mikrometer-Filtermembran und anschließend durch eine 0.015 Mikrometer-Filtermembran wiederholt, wobei nach jedem dieser Schritte Aliquote und Filter gesammelt werden. Einige Aliquote einschließlich der Filter werden bei -20 °C eingefroren, andere werden angesäuert, um die Proben bis zur Analyse im Heimlabor zu konservieren.

Der Donnerstagmorgen begann mit einem leckeren Frühstück im Bordrestaurant des Schiffes. Nach dem Frühstück machten wir uns auf den Weg in unsere Labore, um den Tag zu beginnen. Wir mussten letzte Änderungen im Labor vornehmen, damit wir die Probenbearbeitung in einer möglichst spurenmetallfreien Umgebung durchführen konnten. Wir drei arbeiteten daran, alle Metallgeräte im Labor abzudecken, um eine Kontamination zu minimieren. Danach entpackten wir unsere Filtertürme und das Gerät für die Ultrafiltration vorsichtig in einer Laminar Flow Kabinet (eine abgedeckter Arbeitsbereich, der eine saubere Laborumgebung ermöglicht) und starteten einen Testlauf der Filtrationssequenz. Am folgenden Tag, Freitag, wurden wir von der ruhigen See überrascht, die es uns ermöglichte, mit voller Effizienz in den jeweiligen Laboren zu arbeiten, wo wir die Ultrafiltrationsanlage zusammenbauten und den jeweiligen Blindversuch durchführten. Nichtsdestotrotz war das Schiff mit Volldampf auf dem Weg zu unserem Ziel, das sich etwas südwestlich der Azoren befindet, mit einer voraussichtlichen Ankunftzeit für Mittwoch Mitternacht.

In der Region des Rainbow-Schlotfeldes sind, hoffen wir alle, die Jacobs-Mitarbeiter unter der Leitung von Prof. Dr. Koschinsky, die hydrothermale Wolke auf verschiedene Elemente wie Spurenmetalle, (Nb, Ta, Zr, Hf, Pt), Speziation von Cr und V sowie Fe, Cu und Zn-Liganden zu beproben. Die Analyse wird später im Labor an der Jacobs University durchgeführt.

Da die erwartete Konzentration im Bereich von pM (10-12 mol) liegt, muss bei der Probenahme, der Verarbeitung an Bord und der Lagerung der Proben für die weitere Analyse äußerst sorgfältig vorgegangen werden. Um eine solche spurenmetallfreie Umgebung zu ermöglichen, werden zahlreiche Vorsichtsmaßnahmen und Methoden angewandt. Der Rahmen des CTD-Gerätes besteht aus Titan und spurenmetallfreie Niskin-Flaschen vom GEOMAR (die sich auf Befehl von einer Steuerungseinheit von Bord aus in der gewünschten Wassertiefe schließen lassen) sind an diesem angebracht. Ein sogenanntes Clean-lab, in dem die Wasserproben für alle Arbeitsgruppen aliquotiert werden urde ebenfalls vom GEOMAR bereitgestellt. Die Probenflaschen wurden vor der Ausfahrt einem bestimmten Reinigungsverfahren unterzogen um sicherzustellen, dass sie sauber genug sind für diese besondere Probenahme. Zusätzlich zur Gesamtkonzentration von Pt in den Meerwasserproben werden sie verschiedene Größenfraktionen durch Filtration (0.8 µm, 0.2 µm und 0.015 µm) gesammelt. Eine weitere Größenfraktionierung wird durch die Anwendung der Ultrafiltration durch eine Membran mit 10KDa erreicht, wodurch man einen Einblick in den kolloidalen Anteil erhält. Mit diesem Ansatz soll der Frage nachgegangen werden wie sich Pt in die verschiedenen Größen aufteilt.

Wenn Sie sich für die individuellen Forschungsfragen der Forschungsfahrtteilnehmer interessieren, genießen Sie den GEOMAR-Blog
https://www.oceanblogs.org/rainbowplume/

Sie entstehen, wenn von glühendem Magma aufgeheizte Lösungen aus der Erdkruste in der Tiefsee austreten und auf kaltes Meerwasser treffen: Hydrothermale Wolken stecken voller Leben, sie versorgen die Ozeane mit Nährstoffen und Metallen. Welche geochemischen Prozesse in ihnen genau ablaufen, wollen Forschende der Jacobs University Bremen in einer Detailstudie über dem Rainbow Hydrothermalfeld am Mittelatlantischen Rücken untersuchen, in einem Gebiet unweit der Azoren.

Das Projekt der Jacobs University wird geleitet von Andrea Koschinsky, Professorin für GeowissenschaftenAuf der vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel geleiteten Fahrt, die am 1.9.2021 in Emden startet und dort am 6.10.2021 endet, werden mit an Bord des Forschungsschiffes „Meteor“ der Doktorand Lukas Klose die Postdoktorandin Sandra Pöhle sowie der Bachelor-Student Vignesh Menon Proben nehmen und über die Fahrt bloggen.