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Ein bemanntes U-Boot (HOV), das den tiefen Pazifischen Ozean erforschte, hat ein ausgedehntes hydrothermales Komplex aus Kratern, Karbonatwänden und Dutzenden von Quellen enthüllt, die zusammen eine zuvor unbekannte Untersee-"Metropole" bilden. Forscher des Laoshan Laboratory und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) haben dieses System das Kunlun-Hydrothermalfeld genannt. Mit einer Ausdehnung von etwa 11,1 Quadratkilometern (4,3 Quadratmeilen) ist Kunlun mehr als hundertmal größer als das berühmte Lost City-Schlotfeld im Atlantik und beherbergt rund zwanzig sichtbare Austrittsöffnungen inmitten geformter Dolomit- und Karbonatstrukturen.
Die Entdeckung reiht Kunlun unter die größten bekannten Konzentrationen sogenannter alkalischer hydrothermaler Schlote ein – Umgebungen, die wasserstoffreiche, mäßig warme Fluide abgeben, im Gegensatz zu den heißeren, mineralreichen Fontänen typischer schwarzer Raucher. Durch partikelbeladene Wasser, oft als "marine Schneeflocken" bezeichnet, schimmern Karbonatwände und gezackte Auslässe dort, wo warme Fluide auf kalte Tiefseerwasser treffen, und erzeugen eine gespenstische, wärmeverzerrte Landschaft, die in situ-Aufnahmen fast wie ein Trugbild wirkt.
Geologische Lage und Entstehungsprozesse
Kunlun unterscheidet sich deutlich von den meisten zuvor dokumentierten wasserstoffreichen Quellen, die üblicherweise in der Nähe divergenter Plattengrenzen oder mittelozeanischer Rücken liegen. Stattdessen befindet sich Kunlun etwa 80 Kilometer westlich einer Grabenstruktur innerhalb der Carolina-Platte, nordöstlich von Papua-Neuguinea. Geologische und geochemische Analysen deuten darauf hin, dass das Feld entstand, als Meerwasser tief in Mantelgesteine eindrang und Serpentinierungsreaktionen auslöste – ein Prozess, bei dem olivinreiche Peridotite in Serpentinite umgewandelt werden und dabei molekularen Wasserstoff sowie Wärme erzeugen.
Die Forscher schlagen ein mehrstufiges Entstehungsmodell vor. Zunächst hätten Meerwassereindringen und schnelle Fluid‑Gesteins‑Reaktionen hohen Druckabbau und eine explosive Phase ausgelöst, die große Krater bildete. Anschließendes Verbrechen ermöglichte fortgesetzte Fluidzirkulation und Wasserstoffproduktion. Im Laufe geologischer Zeit verstopfte Karbonatabscheidung Kanäle intermittierend, wodurch sich Wasserstoff ansammelte und in episodischen, kleineren Ereignissen freigesetzt wurde. Diese wiederholten Zyklen erzeugten die charakteristischen Röhren und tiefen Gruben bei Kunlun. Einige Vertiefungen überschreiten 100 Meter Tiefe und erstrecken sich über Hunderte von Metern; selbst flachere Becken erreichen häufig Tiefen von mehr als 30 Metern.
Serpentinierung und abiotischer Wasserstoff
Die Serpentinierung ist zentral für die Bedeutung Kunluns. Die Wechselwirkung zwischen Meerwasser und mantelhergeleiteten Gesteinen erzeugt Wasserstoff abiotisch (ohne biologische Aktivität). Das Team schätzt, dass Kunlun allein bis zu 8 % des weltweiten submarine abiotischen Wasserstoffflusses beitragen könnte – ein bemerkenswerter Anteil für ein einzelnes Feld. Dieser hohe Fluss, kombiniert mit dem räumlichen Ausmaß und der Langlebigkeit des Systems, stellt die Annahme in Frage, dass durch Serpentinierung getriebene Wasserstoffproduktion auf mittelozeanische Spreizungszentren beschränkt ist.
Chemie, Temperatur und Vergleich zu anderen Schlott-Typen
Unterschiedlich zu schwarzen Rauchern – den hochtemperierten (oft >350°C), sulfidhaltigen Schornsteinen, die dunkle mineralische Fontänen ausstoßen – sind Kunluns Fluide wasserstoffreich und relativ kühl, in der Regel unter 40 °C. Diese niedrigeren Temperaturen und alkalischen Bedingungen begünstigen die Abscheidung von Karbonaten und Dolomiten statt der sulfidhaltigen Mineralisation, die für schwarze Raucher typisch ist. Beispiel von Tiefsee-Black-Smokern. (NOAA)
Da Kunlun den alkalischen, wasserstoffreichen Umgebungen ähnelt, die für die frühe Erde hypothesiert wurden, ist der Fund besonders relevant für die Forschung zum Ursprung des Lebens. Die Kombination aus anhaltendem Wasserstofffluss, mineralischen Oberflächen durch Karbonate und strukturierten Mikrohabitaten könnte Bedingungen schaffen, die präbiotische Chemie und chemosynthetische mikrobielle Ökosysteme begünstigen, die anorganische Energie in biologische Biomasse umwandeln.
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Biologie und ökologische Implikationen
Direkte Beobachtungen und Probenahmen bei Kunlun zeigen eine vielfältige Ansammlung von Tiefseefauna. Garnelen, Zwergkrebse, Seeanemonen und Sibogliniden-Röhrenwürmer wurden in der Nähe von Quellen und im umliegenden Karbonatgelände beobachtet. Diese Tiere werden vermutlich von mikrobiellen Gemeinschaften getragen, die chemische Energie aus Wasserstoff und anderen reduzierten Verbindungen mittels Chemosynthese nutzen, analog zur Photosynthese, aber mit chemischer statt lichtbasierter Energie.
Weidong Sun, Meeresgeochemiker bei der CAS, betonte das biologische Potenzial der Fundstelle und wies darauf hin, dass die Zusammensetzung der Gemeinschaft und die Habitatkomplexität auf ein stabiles, langlebiges chemosynthetisches Ökosystem hindeuten. Die ausgedehnten Karbonatgruben und -röhren bieten räumlich differenzierte Lebensräume und persistenten chemischen Gradienten, die primäre Produzenten und höhere trophische Ebenen über lange Zeiträume ernähren könnten – Faktoren, die sowohl für die moderne Tiefseeökologie als auch für Hypothesen zur Entstehung des Lebens in ähnlichen uralten Umgebungen relevant sind.
Wissenschaftliche Bedeutung und Implikationen für Untersuchungen zum Ursprung des Lebens
Alkalische hydrothermale Schlote wurden als plausible Wiegen des Lebens auf der frühen Erde vorgeschlagen, weil sie Protonengradienten erzeugen, reduzierte Gase wie Wasserstoff liefern und mineralische Oberflächen bereitstellen, die organische Reaktionen katalysieren. Kunluns Ausmaß und Wasserstoffproduktion machen es zu einem seltenen natürlichen Labor, um diese Ideen auf Systemebene statt an einem einzelnen Schlot oder kleinen Schlotfeld zu testen.
Forscher argumentieren, dass Kunluns tiefe, langlebige Röhren und Gruben eine länger anhaltende und stabilere chemische Umgebung bieten könnten als die dünnen Karbonattürme der Lost City. Stabilität und Dauer sind Schlüsselfaktoren in Experimenten zum Ursprung des Lebens: eine längere Exposition zu Energie und katalytischen Oberflächen erhöht die Chance, Komplexität aus einfacheren Molekülen aufzubauen. Daher kann Kunlun dazu beitragen, Modelle der präbiotischen Chemie und die Umweltbedingungen einzugrenzen, die notwendig sind, damit Leben aus anorganischem Material entsteht.
Erforschung, Ressourcengesichtspunkte und zukünftige Forschung
Der außergewöhnlich hohe abiotische Wasserstofffluss von Kunlun wirft Fragen nach Tiefsee-Wasserstoff als potenzielle Ressource auf. Das Forschungsteam schlug vor, das Feld könnte ein Modellobjekt zur Bewertung von Technologien zur Gewinnung von Tiefsee-Wasserstoff sein. Potentielle Ressourcennutzung bringt jedoch erhebliche technische, ökologische und ethische Herausforderungen mit sich: der Betrieb in abyssalen Tiefen erfordert robuste bemannte U-Boote und ferngesteuerte Systeme; der Abbau von Wasserstoff ohne Störung empfindlicher chemosynthetischer Ökosysteme ist ein großes Naturschutzproblem; und internationale Governance-Fragen sind für die Ausbeutung von Meeresbodenressourcen weiterhin ungeklärt.
Zukünftige Forschungsschwerpunkte umfassen erweiterte Kartierungen, Zeitreihenüberwachungen der Fluidchemie und Durchflussraten, mikrobiologische und geobiologische Studien zur Charakterisierung mikrobieller Stoffwechselwege sowie Modellierung der langfristigen Entwicklung und Lebensdauer der Schlote. Fortgesetzte multidisziplinäre Expeditionen – kombiniert bemannte Tauchgänge (HOV), ferngesteuerte Fahrzeuge (ROVs), seebodenbasierte Observatorien und Laboranalysen – werden notwendig sein, um Kunluns Rolle in globalen geochemischen Bilanzen und in der biologischen Produktivität zu quantifizieren.
Expertiseinschätzung
Dr. Maria Álvarez, Meeresgeochemikerin an der Universität Lissabon (Fachkommentar), sagt: "Kunlun ist ein seltener Einblick in Serpentinierung, die im großen Maßstab arbeitet. Aus wissenschaftlicher Sicht bietet es eine beispiellose Gelegenheit zu untersuchen, wie anhaltende Wasserstoffflüsse sowohl Chemie als auch Biologie prägen. Aber die Entdeckung unterstreicht auch die Notwendigkeit, neugiergetriebene Erforschung mit Naturschutz in Einklang zu bringen – diese Ökosysteme sind empfindlich und beherbergen wahrscheinlich Arten und Prozesse, die wir kaum verstehen."
"Technisch ist die Gewinnung von Wasserstoff aus solchen Systemen prinzipiell denkbar, doch die Ingenieursaufgaben wären nicht trivial, und die ökologischen Abwägungen müssen sorgfältig berücksichtigt werden", fügte sie hinzu.
Forschungsmission und Methoden
Das Kunlun-Feld wurde mit einer Kombination aus direkten HOV-Tauchgängen, hochauflösender Bathymetrie, visuellen Erhebungen und in situ-Fluidproben charakterisiert. Geochemische Analysen quantifizierten Konzentrationen von Wasserstoff und anderen gelösten Gasen und beschrieben Temperaturprofile und pH-Werte. Petrologische Studien von Karbonat- und Dolomitablagerungen zusammen mit struktureller Kartierung von Kratern und Röhren untermauerten die vorgeschlagene Entstehungsfolge. Die Studie, die diese Ergebnisse darlegt, wurde 2025 in Science Advances veröffentlicht und nennt als Hauptuntersuchende unter anderem Lianfu Li und Hongyun Zhang vom Laoshan Laboratory.
Möglichkeit weiterer Entdeckungen
Kunlun legt nahe, dass große, wasserstoffreiche hydrothermale Systeme häufiger verbreitet sein könnten als bisher angenommen, insbesondere in intraplatten oder off‑axis Lagen. Wenn Serpentinierungsgesteuerte Wasserstoffproduktion weit entfernt von mittelozeanischen Rücken operieren kann, wie Kunlun zeigt, könnten weitere solche "Untersee-Metropolen" in der Tiefsee auf ihre Entdeckung warten. Systematische Tiefseeerkundung unter Nutzung autonomer und bemannter Plattformen wird entscheidend sein, um ähnliche Standorte zu identifizieren und ihren Beitrag zur Ozeanchemie und Biodiversität zu verstehen.
Fazit
Das Kunlun-Hydrothermalfeld ist ein eindrucksvolles neues Beispiel für ein ausgedehntes, wasserstoffreiches Tiefseeökosystem, das die Lost City in Fläche und Wasserstoffproduktion in den Schatten stellt. Seine geologische Lage, der anhaltende abiotische Wasserstofffluss und die reichhaltige chemosynthetische Lebensgemeinschaft machen Kunlun zu einem zentralen Untersuchungsort für Bereiche von der Entstehung des Lebens bis hin zur Tiefseeökologie und möglichen Ressourcenschätzungen. Fortgesetzte multidisziplinäre Erforschung wird entscheidend sein, um den wissenschaftlichen Wert des Feldes zu erschließen und gleichzeitig den Schutz seiner einzigartigen biologischen Gemeinschaften zu gewährleisten.
Quelle: sciencealert
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