Orca-Becken

Das Orca-Becken ist ein mittelsteil abfallendes und geschichtetes Tiefseebecken, das etwa 300 km südwestlich der Mündung des Mississippi am Kontinentalhang von Louisiana liegt.^[3] Das in den frühen 1960er Jahren von Shell entdeckte^[4] und 1973 sowie im November 1975 auf Expeditionen des Forschungsschiffs R. V. Gyre ^{[A. 1]} erstmals erforschte^[6][4] Becken ist einzigartig in diesem Gebiet, da es ein großes Unterwasser-Solebecken mit einer anoxischen Salzsole enthält. Das Becken ist (ellen-)bogenförmig, etwa 25 km lang und 6 km breit und besteht aus zwei Teilbecken, getrennt durch einen dazwischenliegenden Sattel.^[2][7] Es hat eine Fläche von ca. 123 km², liegt 2.400 m unter der Meeresoberfläche^[3] und ist selbst bis zu 220 m tief. Es hat ein Volumen von 13,3 km^3[8] und ist somit das größte bekannte Meeresboden-Solebecken der Welt (Stand Februar 2016).^[9]

Der hohe Salzgehalt im Wasser des Orca-Beckens ist das Ergebnis einer Auflösung von etwa 3,62 Milliarden Tonnen des darunter liegenden Louann-Salzes^{[A. 2]} aus dem Jura.^[8] Das Becken verdankt seine Form der fortschreitenden Salztektonik (Halokinese) und ist von Salzdiapiren umgeben.^[3][11]

In einer Reihe von Bohrkernen wurden Gashydrate (Methanclathrat) nachgewiesen, die während des Tiefseebohrprogramms (englisch Deep Sea Drilling Project, DSDP) im Orca-Becken gesammelt wurden. Die Bohrkerne wurden aus einer Wassertiefe von 2412 m von den Bohrlöchern 618 und 618A geborgen, wobei der erste Nachweis von Gashydrat in Bohrloch 618 erfolgte. Hydrate wurden auch im oberen Abschnitt von Bohrkern 618-4 im Bereich von 26 m unter dem Meeresboden in grauem Schlamm beobachtet und bestanden aus weißen Kristallen mit einem Durchmesser von einigen Millimetern. In Bohrloch 618A wurden Gashydrate sowohl in den Kernen 618A-2 als auch 618-3 im Bereich von 19-37 m unter dem Meeresboden beobachtet, wobei die Hydrate bei 618A-3 im gesamten Kern verteilt waren. Die Hydrate hatten einen Durchmesser von einigen bis möglicherweise zehn Millimetern und waren weiß.^[12][11]

Die vorgefundenen geringen δ¹³C-Werte deuten auf einen biogenen Ursprung der Hydrate hin. Es wurde auch festgestellt, dass einige der Hydrate offenbar in den Sandschichten der Bohrkerne vorkamen. Im Gegensatz zu anderen Gashydratvorkommen im Golf von Mexiko wurde das Gashydrat innerhalb des Beckens und nicht an seinem zerklüfteten und verformten Rand gefunden.^[13] Außerdem wurde festgestellt, dass die Tiefe des Gashydratvorkommens mit dem Vorhandensein von schwarzem organischem und/oder pyrithaltigem Schlamm übereinstimmt.^[12]

Das Orca-Becken ist wichtig für das Verständnis der glazialen und deglazialen^{[A. 4]} Veränderungen, einschließlich der Geschichte der Schmelzwasserströme des Laurentidischen Eisschilds, die sich auf Nordamerika und den Golf von Mexiko ausgewirkt haben.^[14] Die Sedimente, die das Orca-Becken füllen, enthalten eine wichtige Aufzeichnung der Paläoumwelt und der Paläo-Ozeanologie des Kontinentalhangs von Louisiana südlich des Mississippi-Deltas für mindestens die letzten 25.000 Jahre.^[15][16] Aufgrund der Lage des Beckens wurden im Sediment auch die Auswirkungen und die Chronologie der Schmelzwasserfluten aufgezeichnet, die während des letzten Deglazials den Mississippi hinunter in den Golf von Mexiko flossen; darunter planktonische Foraminiferen, stabile Isotopenverhältnisse, Veränderungen der Sedimenttextur (Korngröße) und Veränderungen bei den Nannofossilien.^[17][18]

Darüber hinaus gab es die einzige dokumentierte Gashydratgewinnung im Golf von Mexiko aus einer Tiefe von mehr als 20 m unter dem Meeresboden im Orca-Becken an der DSDP-Stelle 618.^[19] Die Gewinnung von biogenem Methanhydrat aus dem Orca-Becken ist auch wegen des hohen Salzgehalts von Bedeutung, der an der Sediment-Wasser-Grenzfläche fast fünfmal so hoch ist wie im Roten Meer (mit Salzgehalten von 240–260 PSU). Die gefundenen Werte nahmen mit zunehmender Tiefe rasch ab, bis sie ab etwa 30 m unter dem Meeresboden konstant wurden (dann 48–56 PSU).^[12] Die an beiden Stellen des Orca-Beckens gefundenen Hydrate lagen in Tiefen von 26–37 m unter dem Meeresboden und gelten als physikalischer Beweis für den gesunkenen Salzgehalt.

Das Orca-Becken bietet ein ideales Umfeld, um den Verbleib von organischen Stoffen, Nährstoffen und Metallen zu untersuchen.^[11] Die Analyse des Verbrauchs oder der Produktion von gelösten Stoffen gibt Aufschluss darüber, wie sich diese Stoffe mit dem Meerwasser vermischen. In einer Tiefe von 2220 m bis 2245 m spiegelt die Verteilung von Ammonium die konservative Vermischung dieses Stoffes mit dem Meerwasser wider.^[20] In einer Tiefe von 2200 m ist die Denitrifikation stark eingeschränkt, da es am dafür nötigen Nitrat fehlt.^[20] Umgekehrt sind dort Mangan- und Eisenoxide stärker vorhanden, was zu einer stärkeren Präsenz von eisen- und manganreduzierenden Bakterien führt.^{[A. 5]} Ganz allgemein bedingt die unterschiedliche Präsenz von Stoffen in den verschiedenen Tiefen des Orca-Beckens, welche heterotrophen Populationen jeweils vorhanden sind. Unterhalb einer Tiefe von 2225 Metern ist vermehrt gelöstes Sulfid nachweisbar, was darauf hindeutet, dass dort die bakterielle Sulfatreduktion die wichtigste Methode zum Abbau organischer Stoffe ist.^[20]

• Meromiktisches Gewässer (Gewässer ohne vertikale Wasserzirkulation)

• Carney, Bob, Lakes Within Oceans, Ocean Explorer
• Deep Sea Drilling Program Reports and Publications – Volume 96
• Joye Research Group (joyelab.org):
  • The Orca Basin. 20. November 2010 (englisch).
  • Treasured moments. 19. April 2014 (englisch).
• teskelab: November 18, Into Orca Basin: Dive 4647. Mit Tiefsee-U-Boot Alvin. Blog auf deepseedrilling.org vom 19. November 2010.
• Sample records for orca basin brine. Auf: science.gov – Your Gateway to U.S. Federal Science.
• R. E. Tompkins, L. E. Shephard: Orca Basin: Depositional processes, geotechnical properties and clay mineralogy of Holocene sediments within an anoxic hypersaline basin, northwest Gulf of Mexico. In: Marine Geology, Band 33, Nr. 3–4, November 1979, S. 221–238; doi:10.1016/0025-3227(79)90082-3 (englisch).
• Sunit Kumar Addy, E. William Behrens: Time of accumulation of hypersaline anoxic brine in Orca basin (Gulf of Mexico). In: Marine Geology, Band 37, Nr. 3–4, September 1980, S. 241–252; doi:10.1016/0025-3227(80)90104-8 (englisch).
• Nicolas Tribovillard, Viviane Bout-Roumazeilles, Thomas Algeo, Timothy W. Lyons, Thomas Sionneau, Jean Carlos Montero-Serrano, Armelle Riboulleau, François Baudin: Paleodepositional conditions in the Orca Basin as inferred from organic matter and trace metal contents. In: Marine Geology, Band 254, Nr. 1–2, 21. August 2008, S. 62–72; doi:10.1016/j.margeo.2008.04.016 (englisch).
• Katherine Kornei: Waves of Deadly Brine Can Slosh After Submarine Landslides. Brine pools—hypersaline, low-oxygen waters deadly to many forms of ocean life—can experience waves hundreds of meters high when hit by a landslide, potentially overspilling their deep-sea basins. In: EOS, Band 100, 28. Januar 2019; doi:10.1029/2019EO114847 (englisch).

1. [1]

   R.V. Gyre, auch RV Gyre oder USNS Gyre, offiziell T-AGOR-21, war das führende Schiff seine Klasse von ozeanographischen Forschungsschiffen, die 1973 von der US-Marine erworben wurden.^[5]
2. [2]

   Das Louann-Salz ist eine weit verbreitete Evaporitformation, die sich im Golf von Mexiko während des Callovian in der Mitte des Jura bildete.^[10]
3. [3]

   Der Überlauf (gestrichelte Linie) liegt bei 139 m über der Höhe des Solebeckens.
4. [4]

   Unter deglaciation ‚Deglazialisierung‘ versteht man im englischen Sprachgebrauch den Übergang von vollständig glazialen Bedingungen während der Kaltzeiten („Eiszeiten“) zu den Warmzeiten („Zwischeneiszeiten“), die durch die globale Erwärmung und den Anstieg des Meeresspiegels (Transgression, siehe auch Eustasie und Meeresspiegelanstieg seit 1850) aufgrund von Veränderungen des kontinentalen Eisvolumens gekennzeichnet sind. Davon abgeleitet ist Deglazial, die vergleichsweise kurze Zeit nach einer Kalt- und vor einer Warmzeit, in der das Erdklima umkippt (siehe auch Kippelemente im Erdklimasystem).
5. [5]

   Zu derartigen im Orca-Becken vorkommenden Bakterienstämmen gehören u. a. folgende Mitglieder der Klade KB-1 des Kandidatenphylums Calescibacteriota (Synonyme: Calescamantes und Candidate division EM19):^[21][22][23]

   • Im Sediment: Uncultured bacterium clone BR51_8/9_067ss_OBSS alias Orca Basin Sediment BR51_8and9_067 (GenBank KR857575.1^[24])
   • In der Sole: Uncultured bacterium clone OB_Brine_SC_D23 alias Orca Basin Brine SC D23 (GenBank KX608707.1^[25])

   Diese Bakterien konnten bisher nicht kultiviert werden, die Gensequenzen stammen daher aus kultivierungsunabhängigen Methoden wie Metagenomik oder Einzelzell-Sequenzierung.