Ein cold seep (manchmal als kalter Schlot bezeichnet) ist ein Bereich des Meeresbodens, in dem Schwefelwasserstoff, Methan und andere kohlenwasserstoffreiche Flüssigkeiten aus der Erdkruste austreten, oft in Form eines Sole-Pools. Cold seeps bilden ein Biome, das mehrere einheimische Arten unterstützt.

Kalte Sickergruben verändern mit der Zeit die Form des Meeresbodens, wo durch Reaktionen zwischen Methan und Meerwasser Karbonatgesteinsformationen und Riffe entstehen. Diese Reaktionen können sich ändern, wenn Bakterien vorhanden sind.

Entstehung und physikalische Merkmale

Cold seeps treten meist an Kontinentalhängen, in Grabenbrüchen oder entlang von Verwerfungszonen auf, also in Bereichen, wo Fluide aus tieferen Gesteinsschichten langsam zur Meeresoberfläche migrieren. Wichtige physikalische Merkmale sind:

  • Langsame, kalte Austritte von Methan und anderen kohlenwasserstoffreichen Fluiden (im Gegensatz zu heißen hydrothermalen Quellen).
  • Sole-Pools, also örtlich begrenzte, dichte und salzreiche Tümpel auf dem Meeresboden.
  • Pockmarks und lokale Erhebungen sowie Ablagerungen von authigenem Karbonat (durch chemische Fällung direkt am Ort des Austritts).
  • Methanhydrate können unter hohem Druck und niedrigen Temperaturen in Sedimenten gebildet werden und große Kohlenstoffreserven speichern.

Mikrobielle Prozesse und Karbonatbildung

Ein zentraler Prozess an cold seeps ist die anaerobe Oxidation von Methan (AOM). Dabei wird Methan ohne freien Sauerstoff unter Mitwirkung bestimmter Archaeen (häufig ANME-Gruppe) in Zusammenarbeit mit Sulfat-reduzierenden Bakterien zu Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff umgewandelt. Diese Reaktionen führen häufig zur Ausfällung von Karbonatmineralen, weil das produzierte Kohlendioxid mit Ionen im Meerwasser reagiert. Das Ergebnis sind authigene Karbonatplattformen und -riffe, die den Meeresboden dauerhaft verändern.

Ökologie: Leben in einer chemischen Oase

Cold seeps sind biologische Hotspots in ansonsten nährstoffarmen Tiefseegebieten. Ihre Lebensgemeinschaften basieren häufig auf Chemosynthese statt Photosynthese. Typische Organismen und ökologischen Merkmale sind:

  • Chemoautotrophe Bakterien und Archaeen, die Energie aus Methan- oder Schwefelverbindungen gewinnen und als Grundproduzenten dienen.
  • Bakterienmatten aus Sulfuroxidierenden Bakterien (z. B. Beggiatoa-artige Filamente) auf Sedimenten oder Gesteinen.
  • Makrofauna wie Muscheln (z. B. Arten der Gattungen Bathymodiolus oder Vesicomyidae), röhrenbildende Würmer (z. B. Siboglinidae wie Lamellibrachia- oder Escarpia-Arten) und andere spezialisierte Weichtiere und Krebse, die häufig Symbiosen mit chemosynthetischen Bakterien eingehen.
  • Stabile Lebensräume: Im Gegensatz zu vielen Hydrothermalquellen können cold seeps über Jahrhunderte bis Jahrtausende bestehen und so langlebige Habitatformen bieten.

Räumliche Verbreitung und bekannte Fundorte

Cold seeps kommen weltweit vor, besonders entlang passiver und aktiver Kontinentalränder. Bekannte Regionen mit intensiver Forschung sind z. B. der Golf von Mexiko, die kalifornische Küste (Monterey Canyon), das Mittelmeer, Vorposten vor Japan und Regionen im Nordatlantik (vor Norwegen). Die genaue Verteilung hängt von geologischen Bedingungen ab, die Fluidausströme ermöglichen.

Bedeutung für Klima, Geochemie und Mensch

  • Klima: Methan ist ein starkes Treibhausgas. Vieles des aufsteigenden Methans wird jedoch durch mikrobiellen Verbrauch (AOM) im Sediment gebunden, bevor es die Wassersäule erreicht. Bei Störungen oder schnellen Freisetzungen kann Methan allerdings in die Atmosphäre gelangen und klimawirksam sein.
  • Geochemie: Cold seeps beeinflussen Sulfat-, Kohlenstoff- und Schwefelkreisläufe lokal stark und führen zur Bildung von Karbonaten und Metallanreicherungen.
  • Ressourcen und Risiken: Methanhydrate gelten als potenzielle Energiequelle, bergen aber technische und ökologische Risiken. Auch Bohrungen und Seeförderung können fragile Seephänotypen stören.

Forschung und Beobachtung

Die Erforschung von cold seeps erfolgt mit Fernerkundung (Seismik, akustische Kartierung), sedimentchemischen Analysen und direkter Beobachtung durch Tauchboote, Remotely Operated Vehicles (ROVs) und Tiefsee-Sensorik. Wichtige Forschungsfragen sind u. a. die Quantifizierung von Methanflüssen, die Rolle mikrobieller Gemeinschaften sowie die Reaktion dieser Lebensgemeinschaften auf anthropogene Eingriffe und Klimawandel.

Zusammenfassung

Cold seeps sind kalte, langzeitige Austrittsstellen von Methan und schwefelhaltigen Fluiden auf dem Meeresboden. Sie formen durch chemische und mikrobiell vermittelte Prozesse Karbonatstrukturen, schaffen einzigartige chemosynthetische Ökosysteme und haben Bedeutung für globale geochemische Kreisläufe sowie für mögliche Ressourcennutzung und Klimarisiken. Ihre Erforschung liefert wichtige Einsichten in tiefe marine Lebensgemeinschaften und in die Dynamik des untermeerischen Kohlenstofftransports.