Woher kommt der Wasserstoff in der Tiefsee? Dieser Frage ging ein internationales Team unter Leitung der Universität Bremen nach und stieß auf einen eher unerwarteten Prozess, der unter den wenig erforschten Hydrothermalfeldern an extrem langsam spreizenden mittelozeanischen Rücken eine wichtige Rolle spielen könnte. Insbesondere dort, wo Flüssigkeiten durch Sedimente zirkulieren. Hierzu analysierten sie Proben aus dem Jøtul-Hydrothermalfeld vor Norwegen. Ihre Ergebnisse hat jetzt das Fachjournal Communications Earth & Environment veröffentlicht.

Wie eine Nahtstelle durchzieht der mittelozeanische Rücken die Meere. Wo sich die Erdplatten auseinanderbewegen, wird laufend neue ozeanische Erdkruste gebildet. Oft begleitet durch Magmatismus und hydrothermale Aktivität. Meerwasser sickert dort in den Untergrund, erhitzt sich auf über 400 Grad Celsius und steigt wieder zum Ozeanboden auf. Bisher ging die Wissenschaftsgemeinschaft davon aus, dass hohe Wasserstoff-Gehalte in Fluidmessungen ein deutlicher Hinweis auf die so genannte Serpentinisierung ist. Dabei reagieren heiße, mineralienreiche Fluide in der Erdkruste mit dortigen Gesteinen, und durch chemische Reaktionen werden Wasserstoff und unter anderem Methan gebildet. Diese Stoffe bilden die Grundlage für das Leben an den Hydrothermalquellen. Das Team um Dr. Alexander Diehl, Erstautor der Studie und Wissenschaftler am MARUM - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften und am Fachbereich Geowissenschaften der Universität Bremen, konnte nun nachweisen, dass es einen weiteren Weg gibt, wie hohe Wasserstoffgehalte an den Spreizungsrücken entstehen können.

Kürzlich entdecktes Hydrothermalfeld vor Norwegen

Untersucht wurde hierzu das Jøtul-Hydrothermalfeld am Knipovich-Rücken, es liegt vor Spitzbergen im Europäischen Nordmeer und bildet die Nahtstelle zwischen Nordamerikanischer und Eurasischer Erdplatte. Entdeckt wurde es erst 2022 während einer MARUM-Expedition mit dem Forschungsschiff MARIA S. MERIAN. Das Besondere: Es liegt an der Flanke des Riftgraben eines ultralangsam spreizenden mittelozeanischen Rückens, die von Sedimenten des Kontinentalhanges überlagert wird. Das gesamte Gebiet ist von einer Vielzahl unterschiedlicher Quellaustritte und Schlote gekennzeichnet. Bei der damaligen Fahrt wurden bereits erste Proben von hydrothermalen Fluiden mit dem ferngesteuerten Tiefseeroboter MARUM-QUEST 4000 genommen. "Doch das Gas trat auf dem Weg an die Oberfläche aus, und konnte im Labor nicht mehr adäquat gemessen werden. Ähnlich wie wenn man eine unter Druck stehende Sprudelflasche öffnet. Das Gas sprudelt heraus", erklärt Alexander Diehl. Um die einzelnen Bestandteile der hydrothermalen Fluide genauer zu untersuchen, kehrte das Forschungsteam 2024 mit gasdichten Untersuchungsbehältern zurück an den Knipovich Rücken.

Mehr als nur Serpentinisierung

Doch das Jøtul-Hydrothermalfeld bringt eine weitere Besonderheit mit sich: Es liegt weit tiefer als andere Sediment-beherbergende Hydrothermalquellen. "In 3.000 Metern Tiefe herrschen hohe Drücke, das macht einerseits das Beproben zu einer Herausforderung - anderseits beeinflusst das natürlich auch die dort ablaufenden geologischen und chemischen Prozesse", so Prof. Dr. Gerhard Bohrmann, wissenschaftlicher Fahrtleiter der beiden MARUM-Expeditionen zum Jøtul-Hydrothermalfeld. Die Forschenden analysierten Hauptbestandteile, gelöste Gase sowie isotopische Zusammensetzungen und verwendeten thermodynamische Modellierungen, um zu untersuchen, wie die Flüssigkeiten mit den umgebenden Gesteinen reagieren. "Unsere Modellierungen zeigten, dass durch die hohen Drücke und Temperaturen im Untergrund der Hydrothermalquellen das organische Material im Sediment unter überkritischen Bedingungen zersetzt wird und so die Wasserstoffmoleküle freigesetzt werden", erklärt Diehl, "wir konnten zeigen, dass Serpentinisierung nicht der einzige Grund ist, warum es zu erhöhten Wasserstoffkonzentrationen in der Tiefsee kommen kann. Diese Erkenntnisse erweitern unser Verständnis von sedimentbeherbergten Hydrothermalquellen und legen nahe, dass die Wechselwirkung zwischen Flüssigkeiten und Sedimenten eine wichtigere Quelle für gelösten Wasserstoff im Ozean ist, als bisher angenommen."

Neuer Exzellenzcluster führt Forschung fort

Die Forschung fand im Rahmen des Exzellenzcluster "Der Ozeanboden - unerforschte Schnittstelle der Erde", und auch in der zweiten Förderphase des Exzellenzclusters, die zum Jahresbeginn 2026 startet, sollen weitere Schiffsexpeditionen zum Knipovich Rücken zurückkehren. "Schwerpunkt dieser Fahrten wird sein, die Zusammensetzung der Schlote und austretenden Fluide besser zu verstehen und mit anderen Hydrothermalen Quellen zu vergleichen", ergänzt Prof. Dr. Wolfgang Bach, Wissenschaftler am MARUM - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften und am Fachbereich Geowissenschaften der Universität Bremen.

Das MARUM gewinnt grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse über die Rolle des Ozeans und des Meeresbodens im gesamten Erdsystem. Die Dynamik des Ozeans und des Meeresbodens prägen durch Wechselwirkungen von geologischen, physikalischen, biologischen und chemischen Prozessen maßgeblich das gesamte Erdsystem. Dadurch werden das Klima sowie der globale Kohlenstoffkreislauf beeinflusst und es entstehen einzigartige biologische Systeme. Das MARUM steht für grundlagenorientierte und ergebnisoffene Forschung in Verantwortung vor der Gesellschaft, zum Wohl der Meeresumwelt und im Sinne der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen. Es veröffentlicht seine qualitätsgeprüften, wissenschaftlichen Daten und macht diese frei zugänglich. Das MARUM informiert die Öffentlichkeit über neue Erkenntnisse der Meeresumwelt, und stellt im Dialog mit der Gesellschaft Handlungswissen bereit. Kooperationen des MARUM mit Unternehmen und Industriepartnern erfolgen unter Wahrung seines Ziels zum Schutz der Meeresumwelt.