Madeira-Tiefseeebene
Die Madeira-Tiefseeebene (englisch Madeira Abyssal Plain, MAP) ist eine abyssale Ebene im östlichen Nordatlantik. Sie liegt im tiefsten Teil des Kanarischen Beckens in einer Wassertiefe von etwa 5400 m und ist mit einer Hangneigung von unter 0,01° ein nahezu völlig ebenes Sedimentbecken. Die Ablagerungen gehören zu den bestuntersuchten Sedimentarchiven der Tiefsee.
Lage und Bathymetrie
Die Madeira-Tiefseeebene liegt etwa 1000 km westlich des afrikanischen Kontinentalrandes. Sie erstreckt sich in Nord-Süd-Richtung über knapp 400 km und in Ost-West-Richtung über weniger als 200 km; im Westen wird sie von einer Kette von Seamounts begrenzt, den Seewarte-Seamounts, im Osten markiert ein deutlicher Neigungswechsel den Übergang vom sehr flachen Anstieg des Kontinentalfußes (etwa 1:300 bis 1:1000) zur nahezu völlig ebenen Tiefseeebene (weniger als 1:3000).
Die Madeira-Tiefseeebene besteht aus drei miteinander verbundenen Teilbecken: einem südlichen mit einer maximalen Tiefe von rund 5350 m, dem zentralen Great Meteor East (GME), das bis zu 5440 m tief ist, und einem nördlichen mit 5420 m maximaler Tiefe; zusammen nehmen sie eine Fläche von etwa 68.000 km² ein. Die flache Ebene wird nur von kleinen Tiefseehügeln unterbrochen, die sich einige hundert Meter über die Ebene erheben.
Geologie der Ebene
Sedimente und Erforschung
Die Madeira-Tiefseeeben hat sich auf ozeanischer Kruste gebildet, die vor etwa 106–80 Millionen Jahren während des Prozesses der Ozeanbodenspreizung (Seafloor Spreading) entstanden ist, und bildet den entfernten (distalen) Bereich des marokkanischen Turbiditsystems.
Direkt auf der ozeanischen Kruste liegt eine Schicht hemipelagischer Sedimente. Das sind feinkörnige Ton- und Schlammablagerungen, die zum Teil aus dem offenen Ozean kommen, zum Teil vom nahen Festland. Sie bestehen vor allem aus feinstem pelagischen Ton und aus Staub, der vom afrikanischen Kontinent und insbesondere aus der Sahara eingetragen wurde. Diese Schicht ist in der Madeira-Tiefseeebene durchschnittlich 200 Meter mächtig.
Darüber folgen abwechselnd Turbidite und nur wenige Zentimeter dicke Lagen aus pelagischem Ton, Mergel und/oder Schlamm (Ooze). Diese Sedimente füllten zunächst Unebenheiten auf der Oberfläche der hemipelagischen Schicht aus und schufen so die ebene Fläche, auf der sich später weitere Turbidite ablagern konnten. Die Gesamtmächtigkeit der abgelagerten Turbidite beträgt im Durchschnitt 350 Meter; in einigen tiefen Senken innerhalb der ozeanischen Kruste kann sie bis zu 530 Meter erreichen. Ein einzelner Turbidit hat oft ein Sedimentvolumen von 100–200 km³, das sich über die gesamte Madeira-Tiefseeebene verteilt. Das Material ist, wenn man von den quellennahen (proximalen) Bereichen der Ebene absieht, meistens feinkörnig.
Je nach ihrer Zusammensetzung lassen sich die Turbidite in drei Gruppen unterteilen: Erstens gibt es Turbidite, die aus organisch reichem Sediment bestehen, das durch Trübeströme von zwei Quellen, eine nördlich und eine südlich der Kanarischen Inseln, transportiert wurde. Diese Turbidite sind meistens zweifarbig: Ihr unterer Teil ist olivgrün, weil das organische Material dort vor Oxidation an der Oberfläche geschützt blieb, während der obere Teil aufgrund von Oxidation des organischen Materials hellgrün gefärbt ist. Zweitens gibt es vulkanische Turbidite, die größtenteils aus Sedimenten bestehen, die von vulkanischen Tiefseebergen (Seamounts) oder Inseln stammen. Es sind die entfernten (distalen) Ablagerungen von Trübeströmen, die durch massive submarine Hangrutschungen ausgelöst wurden, etwa durch das Abbrechen von Flanken vulkanischer Tiefseeberge oder Inseln im Bereich der Kanarischen Inseln oder des Madeira-Archipels. Schließlich gibt es kalkhaltige Turbidite, die auf submarine Hangrutschungen an einem der Seewarte-Tiefseeberge (Seewarte Seamounts) westlich der Madeira-Tiefseeebene zurückgehen.
Sedimentationsgeschichte
Die Auffüllung des Beckens begann vor etwa 22 Millionen Jahren durch zahlreiche kleine Turbidite, von denen jedes ein Volumen von wenigen Kubikkilometern aufwies. Das Gesamtvolumen der abgelagerten Turbidite nahm zwischen 16 und 11 Millionen Jahren vor heute zu, ebenso wie das Volumen der einzelnen Ereignisse; danach ging es bis vor 7 Millionen Jahren wieder zurück. Vor 7 Millionen Jahren kam es zu einem drastischen Anstieg des Turbidit-Eintrags auf 768 km³ pro Million Jahre, wobei das durchschnittliche Volumen der einzelnen Ablagerungen auf 59 km³ anstieg. Diese hohen Werte haben sich bis heute erhalten.
Die Schwankungen in der Menge des umgelagerten Sediments gingen mit hohen Sedimentationsraten am nordwestafrikanischen Kontinentalrand einher, denn eine hohe Sedimentationsrate lässt die Hänge steiler werden und führt schließlich zu Massenbewegungen. Die drastischen Veränderungen vor etwa 7 Millionen Jahren erklärt sich die Wissenschaft mit einer deutlichen Zunahme von Auftriebsprozessen (Upwelling) vor der Küste Nordwestafrikas, die durch Veränderungen der Meeresströmungen im Zuge einer verstärkten Vereisung der Pole ausgelöst wurden. Jeder Turbidit ist das Ergebnis eines Hangbruchs am oberen Kontinentalhang vor Nordwestafrika oder an den Hängen der Kanarischen Inseln, wobei jeweils Hunderte bis Tausende von Kubikkilometern Sediment bewegt wurden und auf dem Hang eine Schichtlücke (ein Hiatus) hinterlassen wurde.
Die Madeira-Tiefseeebene wurde 1994 im Rahmen des Ocean Drilling Programs (Leg 157, Bohrstellen 950 bis 952) erbohrt. Die Bohrungen zielten darauf ab, die neogene Erosionsgeschichte des Kanarenbeckens durch die Gewinnung von Sedimenten aus der Tiefsee-Ebene zu rekonstruieren. Man erhoffte sich davon Erkenntnisse über die Zusammenhänge zwischen großflächigen Sedimentumlagerungen an Kontinentalrändern und Klima- bzw. Meeresspiegelschwankungen.
Ozeanographie
Die oberflächennahe Zirkulation im Kanarischen Becken, dessen tiefster Teil die Madeira-Tiefseeebene ist, wird vom Azorenstrom und vom Kanarenstrom dominiert, die zum System des Subtropischen Nordatlantikwirbels gehören. Der ostwärts fließende Azorenstrom teilt sich bei 33° N in drei Äste; zwei Äste zweigen westlich von Madeira ab, während der dritte nach Norden fließt, Madeira umrundet und den Kanarenstrom speist. Darunter (bis in 500 m Wassertiefe) zirkuliert das Ostnordatlantische Zentralwasser (ENACW) mit einer Temperatur von 8,0–18 °C und einem Salzgehalt von 35,2–36,7. Die Zwischenschicht dominiert das nordwärts fließende Antarktische Zwischenwasser (AAIW), das sich in Tiefen zwischen 800 und 1500 m ausbreitet. Diese Wassermasse hat ihren Ursprung in der Antarktischen Polarfrontzone und ist durch Temperaturen von 2,5–5 °C, einen niedrigen Salzgehalt (33,8–34,6) sowie sehr hohe Nährstoff- und niedrige Sauerstoffkonzentrationen gekennzeichnet. Darunter, bis in eine Tiefe von etwa 4000 m, befindet sich das südwärts fließende Nordostatlantische Tiefenwasser (NEADW), mäßig kalt (3–4 °C) und salzreich (etwa 34,9–35,0). Ganz unten liegt das langsam nordwärts strömende Antarktische Bodenwasser (AABW), das seinen Ursprung im Weddell- und Rossmeer hat. Es prägt die Wassersäule unterhalb von etwa 4000 m Tiefe, bis es den Nordatlantik erreicht. Ein Zweig des AABW fließt nordwärts und umspült den tieferen Teil des westlichen Madeira-Plateaus und die Westflanke des Madeira-Tore-Rückens. Diese Wassermasse zeichnet sich durch sehr niedrige Temperaturen (−0,4 °C bis 1,7 °C) und einen sehr niedrigen Salzgehalt (34,6–34,7) aus.
Bedeutung für die Forschung
Die Madeira-Tiefseeebene wurde 1980 von der Kernenergieagentur (NEA) als Gebiet für eine detaillierte „Untersuchung zur Machbarkeit der Endlagerung wärmeentwickelnder radioaktiver Abfälle“ ausgewählt. In der Folge wurde das Gebiet intensiv erforscht, insbesondere durch den Geologischen Dienst der Niederlande (Geological Survey of the Netherlands) und das Institute of Oceanographic Sciences (heute: National Oceanography Centre) sowie später durch die internationale ESOPE-Expedition, die von der „Seabed Working Group“ der NEA organisiert wurde. Der umfangreiche Datensatz für dieses 2° × 2°-Gebiet umfasst zahlreiche nieder- und hochfrequente seismische Profile, GLORIA-Seitensichtsonar-Aufnahmen sowie 120 Sedimentkerne. Die Kernproben decken die oberen 34 m der Sedimentschicht ab, was einem Zeitraum von 730.000 Jahren entspricht, und belegen eine Ablagerung, die von Turbiditen dominiert wird. Seismische Profile zeigen, dass die Gesamtmächtigkeit der Turbidite im Durchschnitt 350 m beträgt, unterlagert von etwa 200 m pelagischem Sediment. Die Turbidite reichen somit deutlich tiefer als die für eine Endlagerung mittels Penetratoren (Eindringkörpern) vorgesehenen Tiefen von 30–70 m. Die einzelnen Turbidite sind durch dünne pelagische Schichten voneinander getrennt, die datiert werden können; sie zeigen, dass die Turbidite jeweils zu Beginn und am Ende von Glazialperioden abgelagert wurden. Einige Bereiche des Gebiets sind von dichten Störungsnetzen durchzogen, was sie für eine Endlagerung unvorhersehbar macht; es finden sich jedoch auch andere Areale von über 100 km², die keine Anzeichen von Störungen aufweisen.
Die Planungen einer Endlagerung von radioaktiven Abfällen in der Madeira-Tiefseeebene sind inzwischen aufgegeben worden, und die Studien sind abgeschlossen. Die MAP zählt dafür heute zu den am intensivsten untersuchten Meeresbodenregionen der Ozeane; ihre Erforschung hat zur Entwicklung mehrerer neuer Modelle geführt, die die Sedimentologie und Geochemie von Tiefseesedimenten erklären. Wie Sedimente in Form von Massenströmen transportiert und abgelagert werden, wie frühdiagenetische Prozesse ablaufen und wie Tiefsee-Ebenen die Entwicklungsgeschichte von Sedimentbecken archivieren, versteht man dank der Bohrungen heute besser.
Einzelnachweise
- 1 2 Ian Jarvis, Jennifer Moreton, Martine Gérard: 31. Chemostratigraphy oof Madeira Abyssal Plain Miocene–Pleistocene Turbidites, Site 950. In: P. P. E. Weaver, H.-U. Schmincke, J. V. Firth, W. Duffield (Hrsg.): Proceedings of the Ocean Drilling Program, Scientific Results, Vol. 157. College Station, TX (Ocean Drilling Program), 1998.
- 1 2 3 4 R. C. Searle: Regional setting and geophysical characterization of the Great Meteor East area in the Madeira Abyssal Plain. In: P. P. Weaver, J. Thomson (Hrsg.): Geology and Geochemistry of Abyssal Plains. Geological Society Special Publication Nr. 31 (1987), S. 49–70.
- ↑ K. P. N. Jones, I. N. McCave, P. P. E. Weaver: Textural and dispersal patterns of thick mud turbidites from the Madeira Abyssal Plain. In: Marine Geology. Band 107 (1992), S. 149–173.
- ↑ R. C. Searle, S. R. J. Williams, Q. J. Huggett, R. G. Rothwell, P. J. Schultheiss, P. P. E. Weaver: The geology of the Madeira Abyssal Plain: further studies relevant to its suitability for radioactive waste disposal. Institute of Oceanographic, Sciences Deacon Laboratory, Report Nr. 250, 1987. PDF.
- 1 2 3 P. P. E. Weaver: Northwest African Continental Margin: History of sediment accumulation, landslide deposits, and hiatuses as revealed by drilling the Madeira Abyssal Plain, In: Paleoceanography, Band 18 (2003), 1009. DOI:10.1029/2002PA000758, 1.
- ↑ H.-U. Schmincke, P.P.E. Weaver, J. V. Firth et al.: 1. Background, Objectives, and Principal Results of Madeira Abyssal Plain Drilling. DOI:10.2973/odp.proc.ir.157.101.1995. In: Proceedings of the Ocean Drilling Program, Initial Reports, Band 157. 1995. Reproduced online: 28. Februar 2007.
- ↑ C. Roque, F.J. Hernández-Molina, P. Madureira, R. Quartau, V. Magalhães, P. Brito, J.T. Vázquez, L. Somoza: Interplay of deep-marine sedimentary processes with seafloor morphology offshore Madeira Island (Central NE-Atlantic). In: Marine Geology, Band 443 (2022), 106675. DOI:10.1016/j.margeo.2021.106675.
- 1 2 Nuclear Energy Agency (NEA): Feasibility of High Level Radioactive Waste Disposal in Deep Sea Sediments: Site Assessment and Sediment Barrier Characteristics. 1980.
- ↑ Geological Survey of the Netherlands, Website abgerufen am 9. Oktober 2026
- ↑ Website National Oceanography Centre, abgerufen am 9. Oktober 2026
- ↑ R. Schuttenhelm, G. Auffret, D. Buckly, R. Cranston, L. Shephard, A. Spikstra: Geoscience Investigations of Two North Atlantic Abyssal Plains, the ESOPE International Expedition. Vol. I. EUR 12330 EN. European Commission; 1989. JRC6632. 1995.
- 1 2 P. P. E. Weaver, J. Thompson, I. Jarvis: The Geology and Geochemistry of Madeira Abyssal Plain Sediments: A Review. Paper presented at the Disposal of Radioactive Waste In Seabed Sediments: Proceedings of an international conference, Oxford, UK, September 1989.
- ↑ S. M. Lebreiro, P. P. E. Weaver, R. W. Howe: Sedimentation on the Madeira Abyssal Plain: Eocene–Pleistocene history of turbidite infill. In: Proceedings of the Ocean Drilling Program, Scientific Results. Band 157, 1998, S. 1–34.