Forschung

CAPE-ROBERTS-BOHRPROJEKT, ANTARKTIS

Prof. Dr. Werner Ehrmann, Dipl.-Geol. Marco Neumann, Dipl.-Geol. K. Polozek

Nationale Zusammenarbeit:

Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven
Institut für Geowisenschaftliche Gemeinschaftsaufgaben, Hannover (BGR)

Internationale Zusammenarbeit:

Das "Cape Roberts Science Team" besteht aus Wissenschaftler aus USA, Australien, Neuseeland, Großbritannien, Italien und Deutschland.

Projektförderung:

Deutsche Forschungsgemeinschaft, Bonn
Alfred-Wegener-Institut für Polar und Meeresforschung, Bremerhaven

Hintergrund des Projektes:

Die Antarktis ist die "Klimamaschine" der Erde. Die heutigen atmosphärischen und ozeanischen Zirkulationsmuster der Erde sowie ihre Änderungen im Laufe der Erdgeschichte werden nämlich maßgeblich vom Eisschild der Antarktis gesteuert. Änderungen in der Größe und im Volumen des Eisschildes haben damit globale Auswirkungen auf das Klima und auf den Meeresspiegel. Würde alles antarktische Eis abschmelzen, so würde der Meeresspiegel um etwa 70 m ansteigen. Um die Prozesse und Ursachen zu verstehen, die für Klimaänderungen und Meeresspiegelschwankungen verantwortlich sind, ist daher die Rekonstruktion der Entwicklungsgeschichte des antarktischen Eisschildes vorrangig. Die Daten aus der Antarktis gewinnen auch zunehmend an Bedeutung, wenn es darum geht, zukünftige Entwicklungen vorauszusagen.

Bohrung CRP-1 (1997) CRP-2 (1998) CRP-3 (1999)

Lage
Wassertiefe
Entfernung zur Küste
Meereisdicke
Teilnehmer
Erster Kern
Letzter Kern
Bohrtiefe
Kerngewinn
Tiefe bis zum 1. Kern
Quartär + ?Pliozän
Unt. Miozän + Oligozän
Grundgebirge (Devon)

77.008°S; 163.755°E
153 m
16,0 km
1,6 m
Ehrmann
17. Oktober
24. Oktober
148 m
86 %
15 m
28 m
105
0 m

77.006°S; 163.719°E
178 m
14,2 km
2,0 m
Ehrmann, Polozek
16. Oktober
25. November
624 m
94 %
5 m
22 m
597 m
0 m

77.011°S; 163.640°E
295 m
11,8 km
2,0 m
Neumann
9. Oktober
19. November
939 m
97 %
2 m
0 m
821 m
116 m

Ziele des Projektes:

Das Cape-Roberts-Projekt zielte darauf ab, mit Hilfe sich stratigraphisch überlappender Bohrungen auf dem Kontinentalschelf des McMurdo-Sunds im Rossmeer der Antarktis frühtertiäre Sedimente zu beproben. Das Leipziger Vorhaben sollte sich darauf konzentrieren, neue Erkenntnisse über die Geschichte der antarktischen Vereisung und des Klimas in den letzten etwa 34 Millionen Jahren (Ma) zu gewinnen sowie die Aufstiegsgeschichte der 5000 km langen Bergkette des Transantarktischen Gebirges zu rekonstruieren. Dazu sollten die Bohrkerne des Cape-Roberts-Projekts detailliert beschrieben, beprobt und mit mehreren, sich ergänzenden sedimentologischen Methoden untersucht werden.

Der etwa 50 Tonnen schwere Bohrturm des Cape Roberts-Projektes. Er stand ca. 15 km vor der Küste der Antarktis, auf nur 2 m dickem Meereis. Gebohrt wurde in bis zu 300 m Wassertiefe. Im Hintergrund ist das Transantarktische Gebirge zu erkennen.

Verschiedene glaziale Sedimente, die in einer Tiefe von etwa 125 m im Bohrkern CRP-2/2A angetroffen wurden. Oben: relativ feinkörnige Sedimente; Mitte: Sedimente mit eisbergtransportierten Komponenten; Unten: konglomeratische Sedimente, die direkt vor einer Eismasse abgelagert wurden. Die Abfolge dokumentiert einen Eisvorstoß aus dem Transantarktischen Gebirge vor etwa 21,5 Millionen Jahren, bei dem das Eis grobe Erosionsprodukte aus dem Gebirge ablagerte.

Die Beprobung der Bohrkerne fand bereits in McMurdo Station in der Antarktis statt. Jedes Fähnchen markiert die Position einer Probe. Etwa 1000 Proben gingen zur sedimentologischen Bearbeitung an das Institut für Geophysik und Geologie der Universität Leipzig.

Einige Ergebnisse:

Die Bohrkerne sind für die Geologen ein reichhaltiges Archiv, das die Umweltbedingungen der Vergangenheit gespeichert hat. Sie enthalten Sedimente, die Veränderungen der Umweltbedingungen für die Zeit vor 34 bis 17,5 Ma abbilden und Informationen über Meeresspiegelschwankungen liefern. Erste Untersuchungen zeigen, daß bereits vor 34 Ma Eis in der Antarktis vorhanden war, daß die Größe und das Volumen des Eisschildes aber im Laufe der Geschichte zahlreichen und starken Schwankungen unterlagen. Es wurden jedoch keine Hinweise gefunden, daß sich das Eis, nachdem die Vereisung entstanden war, zu irgendeiner Zeit vollständig aus der Antarktis oder auch nur von der Küste zurückzog.

Lithologie und Interpretation der Sedimentabfolge im Bohrkern CRP-1 mit einer Rekonstruktion der Eisrandlage (Cape Roberts Science Team, 1998).

Die Sedimente und ihre organischen Inhalte dokumentieren einen Wechsel von einem kühl-temperierten Klima vor 34 Ma zu einem subpolaren Klima vor 25 Ma und schließlich zu einem polaren Klima. Die von uns untersuchten Vergesellschaftungen von Tonmineralen zeigen für den antarktischen Kontinent im Zeitraum 34-33 Ma chemische Verwitterung unter relativ warmen und feuchten Bedingungen an. Zwischen 33 und 32 Ma alternierten Phasen mit chemischer Verwitterung und Phasen mit physikalischer Verwitterung. Vor 32 Ma setzte intensive physikalische Verwitterung ein und weist auf ein kühles, trockeneres Klima auf einem zumindest großteils eisbedeckten Kontinent hin. Vor ca. 29 Ma fand eine weitere Verschärfung des Klimas und der Verwitterungbedingungen statt.

Für das Oligozän und unterste Miozän wurden zahlreiche Eisvorstöße rekonstruiert, bei denen das Eis aus der Ostantarktis kommend durch das Transantarktischen Gebirge floß und bis nahe an die Bohrposition (roter Punkt) heran, oder über sie hinweg, auf dem Untergrund auflag. Während dieser Zeiten wurden Diamikte abgelagert. Während der oligozänen und miozänen Rückzugsphasen hatte sich das Eis in die Täler des Transantarktischen Gebirges hinein zurückgezogen. Von den Gletschern kalbten Eisberge und drifteten ins offene Meer hinaus. An der Bohrstelle kamen distale glazialmarine Sedimente wie Sande, Silte und Tone zur Ablagerung (Cape Roberts Science Team, 1998).
Bei den Eisvorstößen des jüngsten Teils des Untermiozäns und des Quartärs kam der Großteil des Eises aus Süden, aus dem Bereich des heutigen Ross-Schelfeises. Während der quartären Rückzugsphasen sah die Situation ähnlich wie während der oligozänen Rückzugsphasen aus, mit dem Unterschied, daß nun die Eisberge fast alle aus Süden kamen.

Die detritischen Komponenten weisen auf eine Vielzahl von verschiedenen Liefergesteinen in der Umgebung der Bohrstelle hin. Detritus aus dem Transantarktischen Gebirge dominiert über Detritus aus den vulkanischen Gesteinen im Süden des McMurdo-Sunds. Die Analyse zeigt, daß das Transantarktische Gebirge wahrscheinlich bereits vor 34 Ma annähernd seine heutige Höhe erreicht hatte. Die Erosion entfernte jedoch zunächst vor allem die höher lagernden Sedimente der Beacon Supergroup und die Vulkanite der Ferrar Group. Seit etwa 24 Ma dominieren Erosionsprodukte aus den Grundgebirgsarealen. Die Änderung im Mineralspektrum dokumentiert also, wie sich die Täler immer stärker in das Transantarktische Gebirge einschnitten.

In einer Tiefe von 790 m stieß CRP-3 auf über 350 Ma alte Sandsteine (Beacon Sandsteine), wie sie heute auf den Gipfeln des nur 50 km entfernten Transantarktischen Gebirges zu finden sind. Der Höhenunterschied von mehr als 3000 m zeigt das Ausmaß der vertikalen Bewegungen, die die Bildung des heutigen Transantarktischen Gebirges und des Rossmeeres begleitet haben.

Die Sedimente der Bohrungen dokumentieren auch die Geschichte der vulkanischen Aktivität im McMurdo-Sund und zeigen, daß Vulkanismus ähnlich dem der McMurdo Volcanic Group bis 25 Ma zurückreicht, also wesentlich weiter, als Aufschlüsse an Land belegen (19 Ma).

Publikationen:

Aus dem Projekt sind bereits zahlreiche Publikationen entstanden, die in der Publikationsliste der Abteilung Geologie aufgelistet sind.