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Petrologie der Ozeankruste

Alexander Diehl

Alexander Diehl in einem orangefarbenden Überlebensanzug in der Arktis
© Universität Bremen

Dr. Alexander Diehl

GEO Raum 5120
Klagenfurter Straße 2-4
28359 Bremen, Deutschland


Tel. +49 421 218 65404
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Energetische und chemische Dynamik von mittelozeanischen und mit Inselbögen assoziierten Hydrothermalsystemen

Das Projekt „Magma-hydrothermale Wechselwirkung an Inselbögen“ zielt darauf ab, die gekoppelten, energetischen und chemischen Transportprozesse in der magmatisch-hydrothermalen Schnittstelle von Inselbögen zu erfassen. Dazu sollen neben der Analyse von Phasenvergesellschaftungen in vulkanischen Gesteinen und hydrothermalen Bildungen auch Analysen der Fluidzusammensetzungen von aus Quellen austretenden Fluiden und Volatilen hinzugezogen werden. Weiterhin werden thermobarometrische Analysen von Flüssigkeitseinschlüssen in hydrothermalen Mineralen zur Rekonstruktion der physikalischen Bedingungen mit geochemischen Massenbilanzen stabiler Isotopen (O, Sr) zur Abschätzung des integrierten Fluidmassenflusses, verwoben. Die Analytik wird durch Betrachtung ausgewählter geophysikalischer Beobachtungen begleitet, welche magmatische und hydrothermale Prozesse charakterisieren, begleitet. Das übergeordnete Ziel besteht darin, Inselbogen-Systeme hinsichtlich ihrer energetischen und chemischen Eigenschaften zu klassifizieren und die magmatisch-hydrothermalen Prozesse in den Gesamtzusammenhang des Systems Erde zu stellen. Die neu gewonnenen Erkenntnisse liefern nicht nur einen wichtigen Beitrag zur langzeitlichen chemischen Entwicklung des Ozeans und der ozeanischen Lithosphäre, sondern bilden auch den Grundstein für weiterführende interdisziplinäre Ansätze. Neben metallogenetischen Prozessen und potentiellen Tiefsee-Bergbauvorhaben stehen die Hydrothermalaktivitäten in direktem Zusammenhang zu der Bereitstellung von Mikronährstoffen (z.B.Fe) für in der Wassersäule lebender Mikroorganismen.

Hydrothermalsysteme am Kermadec-Inselbogen

  • Bergung und Untersuchung von hydrothermalen Fluiden, Präzipitaten und magmatischen Gesteinen an bereits fernerkundeten vulkanischen Zentren des Kermadec-Inselbogens.
  • Nutzung der Gesteins- und Fluidanalysen für energetische und geochemische Massenbilanzen zur Klärung des Energie und Massentransports zwischen den beprobten magmatischen und hydrothermalen Systemen.

Hydrothermalsysteme am ultra-langsam spreizenden Gakkel-Rücken

  • Beprobung von hydrothermalen Quellen und hydrothermal beeinflussten Sedimenten am Karasek Seamount.
  • Mikrothermometrische Untersuchungen an hydrothermalen Präzipitaten des Karasik Seamounts, zur Rekonstruktion der hydrothermalen Entwicklung eines ultra-langsam spreizenden Rückens.
  • Umsetzung der thermobarometrischen Ergebnisse zusammen mit Resultaten geophysikalischer Untersuchungen in einem numerischen geothermischen Modell.

Geothermische Modellierung der ozeanischen Lithosphäre

  • Entwicklung eines numerischen Ansatzes zur Einschätzung sowohl allgemeiner lithosphärischer Temperaturen, also auch regionaler Szenarien unter Berücksichtigung magmatischer und hydrothermaler Prozesse.
  • Berechnung des hydrothermalen Energietransportes durch Wärmeaufnahme des hydrothermalen Fluides und Bezugnahme zum hydrothermalen Fluid-Massentransport.
  • Globale Abschätzungen zum energetischen Beitrag hydrothermaler Zirkulation am Gesamtbudget des lithosphärischen Energieverlusts.

Methoden

  • Probennahme von vulkanischen Gesteinen und hydrothermalen Präzipitaten (ROV-grab, Kastengreifer).
  • Probennahme von an Quellen austretenden hydrothermalen Flüssigkeiten und Gasen (ROV, IGT).
  • Entnahme, Verarbeitung und Analyse von Flüssigkeitsproben hydrothermaler Fahnen (GC).
  • Schwerelot-Beprobung hydrothermaler Umgebungen mit anschließender Analyse von sichtbaren Präzipitaten sowie Entnahme von Porenwässern.
  • Mikroskopische Untersuchungen an vulkanischen Gesteinen und hydrothermalen Mineralvergesellschaftungen gekoppelt mit weiterer Analytik (LA-ICP-MS, ESM).
  • Präzise gas- und fluidchemische Analysen von hydrothermalen Flüssigkeiten und Gasen (GC).
  • Mikrothermometrische Untersuchungen von Phasenübergängen in Flüssigkeitseinschlüssen hydrothermaler Minerale.
  • Durchführung von Strontium- und Sauerstoffisotopenanalysen (TIMS) und Umsetzung in geochemischen Massenbilanzen.
  • Numerische Modellierung komplexer geothermischer Szenarien unter Berücksichtigung ausgewählter geophysikalischer Indizien.
  • Reaktionspfadmodellierung unter Berücksichtigung thermischer und geochemischen Daten.

Lebenslauf

Wissenschaftlicher Werdegang

seit 2019Postdoktorand in der Arbeitsgruppe "Petrologie der Ozeankruste" an der Universität Bremen
Feb. 2019Dr. rer. nat. in Geowissenschaften, Universität Bremen
2015-2019Doktorand in der Arbeitsgruppe "Petrologie der Ozeankruste" an der Universität Bremen
2015MSc. in Geowissenschaften, Universität Bremen
2012-2015Masterstudium Geowissenschaften an der Universität Bremen
2012BSc. in Geowissenschaften, Universität Bremen
2009-2012Bachelorstudium Geowissenschaften an der Universität Bremen

Expeditionen

  • Das rote ferngesteuerte Unterwasserfahrzeug an Deck des Forschungsschiffes Meteor.

    2023: M190 (Mittelatlantischer Rücken)

    Las Palmas de Gran Canaria (Spanien) - Algeciras (Spanien) / 08.06.2023 - 10.07.2023

    © Patrick Monien / Universität Bremen
  • Nahaufnahme einer bräunlichen Gesteinsprobe, an deren Oberfläche sich unzählige, unterschiedlich große gelb bis orangefarbende feste Kügelchen befinden.

    2019: PS119 (Südsandwich-Inselbogen)

    Punta Arenas (Chile) - Port Stanley (Falklandinseln) / 01.06.2018 - 27.06.2018

    © Universität Bremen
  • Ein Forscher arbeitet an den Wasserprobennehmern, die am roten, ferngesteuertem Unterwasserfahrzeug MARUM Quest 4000 befestigt sind, das auf dem hellerleuchteten Arbeitsdeck des Forschungsschiffs steht.

    2018: SO263 (Nördlicher Tonga-Bogen)

    Suva (Fidschi) - Suva (Fidschi) / 31.05.2018 - 28.06.2018

    © Patrick Monien / Universität Bremen
  • Großaufnahme eines in der Länge aufgesägten hydrothermalen Schlotes vom Brothers Vulkan. Die Innenseite des schwarzen Schlotes glitzert gelb-golden.

    2018: TN350 (Brothers Vulkan)

    Auckland (Neuseeland) - Auckland (Neuseeland) / 06.03.2018 - 26.03.2018

    © Universität Bremen
  • Zweigeteiltes Bild mit einem schwarzen Raucher in der Tiefsee am Kermadec-Bogen auf der linken Seite und dem Forschungsschiff Sonne im sonnenbeschienenen und palmengesäumten Hafen von Noumea in Neukaledonien.

    2016: SO253 - HYDROTHERMADEC (Kermadec-Bogen, Südwestpazifik)

    Nouméa (Neukaledonien) - Auckland (Neuseeland) / 22.12.2016 - 21.01.2017

    © Jacobs University Bremen
  • Das Forschungsschiff Polarstern liegt an einer Eisscholle vertäut, die Gangway ist ausgefahren, Fahrtteilnehmer stehen im Hintergrund in roten Ganzkörperanzügen auf dem Eis, im Vordergrund sind Stangen mit roten Fahnen zu erkennen, die alle paar Meter ins Eis gesteckt wurden.

    2016: PS101 - ARK XXX-3 (Karasik-Seamount)

    Tromsø (Norwegen) - Bremerhaven (Deutschland) / 09.09.2016 - 23.10.2016

    © Elmar Albers / Universität Bremen
  • Detailaufnahme einer im Felsen angeschnittenen Kissenlava im Oman. Zum Größenvergleich liegt neben der Kissenlava ein Geologenhammer.

    2015: Oman Ophiolite (nördliches Oman)

    Muskat (Oman) - Muskat (Oman) / 09.02.2015 - 23.02.2015

    © Patrick Monien / Universität Bremen
  • Die Fahrtteilnehmer stehen für ein Gruppenfoto in roten Ganzkörperschutzanzügen auf einer Eisscholle vor dem Forschungsschiff Polarstern.

    2014: PS86 - ARK-XXIII-3 (Aurora Seamount)

    Tromsø (Norwegen) - Tromsø (Norwegen) / 05.07.2014 - 03.08.2014

    © AWI Bremerhaven

Veröffentlichungen

  • German CR, Reeves EP, Türke A, Diehl A, Albers E, Bach W, Purser A, Ramalho SP, Suman S, Mertens C, Walter M, Ramirez-Llodra E, Schlindwein V, Bünz S, Boetius A (2022): Volcanically hosted venting with indications of ultramafic influence at Aurora hydrothermal field on Gakkel Ridge. Nature Communications 13, 6517.
    | doi:10.1038/s41467-022-34014-0 |
  • Wilckens FK, Hansen CT, Diehl A, Bach W, Kasemann SA (2022): Sources of Mg enrichments in Vent Fluids from the Kermadec Arc recorded by Li, B and Mg Isotopes. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 23(11), e2022GC010471.
    | doi:10.1029/2022GC010471 |
  • Klose L, Kleint C, Bach W, Diehl A, Wilckens F, Peters C, Strauss H, Haase K, Koschinsky A (2022): Hydrothermal activity and associated subsurface processes at Niuatahi rear-arc volcano, North East Lau Basin, SW Pacific: Implications from trace elements and stable isotope systematics in vent fluids. Geochimica et Cosmochimica Acta 332, 103-123.
    | doi:10.1016/j.gca.2022.06.023 |
  • Kürzinger V, Bach W, Diehl A, Pereira SI, Strauss H, Bohrmann G (2022): Sulfur formation associated with coexisting sulfide minerals in the Kemp Caldera hydrothermal system, Scotia Sea. Chemical Geology 606, 120927.
    | doi:10.1016/j.chemgeo.2022.120927 |
  • Pereira SI, Diehl A, McDermott J, Pape T, Klose L, Strauss H, Bohrmann G, Bach W (2022): Geochemistry of hydrothermal fluids from the E2-segment of the East Scotia Ridge: Magmatic input, reaction zone processes, fluid mixing regimes and bioenergetic landscapes. Frontiers in Marine Science 9:765648.
    | doi:10.3389/fmars.2022.765648 |
  • Klose L, Keith M, Hafermaas D, Kleint C, Bach W, Diehl A, Wilckens F, Peters C, Strauss H, Klemd R, van Geldern R, Haase KM, Koschinsky A (2021): Trace element and isotope systematics in vent fluids and sulphides from Maka Volcano, north eastern Lau Spreading Centre: Insights into three-component fluid mixing. Frontiers in Earth Science 9:776925.
    | doi:10.3389/feart.2021.776925 |
  • Peters C, Strauss H, Haase K, Bach W, de Ronde CEJ, Kleint C, Stucker V, Diehl A (2021): SO2 disproportionation impacting hydrothermal sulfur cycling: Insights from multiple sulfur isotopes for hydrothermal fluids from the Tonga-Kermadec intraoceanic arc and the NE Lau Basin. Chemical Geology 586, 120586.
    | doi:10.1016/j.chemgeo.2021.120586 |
  • Reysenbach A-L, St. John E, Meneghin J, Flores GE, Podar M, Dombrowski N, Spang A, L'Haridon S, Humphris SE, de Ronde CEJ, Caratori Tontini F, Tivey M, Stucker VK, Stewart LC, Diehl A, Bach W (2020): Complex subsurface hydrothermal fluid mixing at a submarine arc volcano supports distinct and highly diverse microbial communities. PNAS 117(51), 32627-32638.
    | doi:10.1073/pnas.2019021117 |
  • Diehl A, Bach W (2020): MARHYS (MARine HYdrothermal Solutions) Database: A global compilation of marine hydrothermal vent fluid, end member and seawater compositions. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 21(12), e2020GC009385.
    | doi:10.1029/2020GC009385 |
  • Diehl A, de Ronde CEJ, Bach W (2020): Subcritical phase separation and occurrence of deep-seated brines at the NW Caldera Vent Field, Brothers Volcano: Evidence from fluid inclusions in hydrothermal precipitates. Geofluids 2020, 8868259.
    | doi:10.1155/2020/8868259 |
  • Böhnke S, Sass K, Gonella G, Diehl A, Kleint C, Bach W, Zitoun R, Koschinsky A, Indenbirken D, Sander SG, Kurtz S, Perner M (2019): Parameters governing the community structure and element turnover in Kermadec volcanic ash and hydrothermal fluids as monitored by inorganic electron donor consumption, autotrophic CO2 fixation and 16S tags of the transcriptome in incubation experiments. Frontiers in Microbiology 10:2296.
    | doi:10.3389/fmicb.2019.02296 |
  • Kleint C, Bach W, Diehl A, Fröhberg N, Garbe-Schönberg D, Hartmann JF, de Ronde CEJ, Sander SG, Strauss H, Stucker VK, Thal J, Zitoun R, Koschinsky A (2019): Geochemical characterization of highly diverse hydrothermal fluids from volcanic vent systems of the Kermadec intraoceanic arc. Chemical Geology 528, 119289.
    | doi:10.1016/j.chemgeo.2019.119289 |
  • Bieseler B, Diehl A, Jöns N, Lucassen F, Bach W (2018): Constraints on cooling of the lower ocean crust from epidote veins in the Wadi Gideah section, Oman Ophiolite. Geochemistry, Geophysics, Geosystems  19(11), 4195-4217.
    | doi:10.1029/2018GC007679 |
  • Walter M, Albers E, Bäger J, Diehl A, German C, Hand KP, Horn M, Köhler J, McDermott J, Molari M, Steinmacher B, Wegener G, Wischnewski L, Mertens C, Sültenfuß J, Hoppmann M, Damm E, Bach W, Seewald J (2017): Physical oceanography and biogeochemistry of hydrothermal plumes, in: Boetius A, Purser A (eds.) The expedition PS101 of the Research Vessel POLARSTERN to the Arctic Ocean in 2016. Reports on Polar and Marine Research 706, 63–80.
    | doi:10.2312/BzPM_0706_2017 |
  • Diehl A, Albers E, German CR, Hand KP, Bach W (2017): Geology and hard rock petrology, in: Boetius A, Purser A (eds.) The expedition PS101 of the Research Vessel POLARSTERN to the Arctic Ocean in 2016. Reports on Polar and Marine Research 706, 41–50.
    | doi:10.2312/BzPM_0706_2017 |
  • Dziadek R, Gohl K, Diehl A, Kaul N (2017): Geothermal heat flux in the Amundsen Sea sector of West Antarctica: New insights from temperature measurements, depth to the bottom of the magnetic source estimation, and thermal modeling. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 18(7), 2657-2672.
    | doi:10.1002/2016GC006755 |
  • Longpre MA, Klügel A, Diehl A, Stix J (2014): Mixing in mantle magma reservoirs prior to and during the 2011-2012 eruption at El Hierro, Canary Islands. Geology 42(4), 315-318.
    | doi:10.1130/G35165.1 |
  • Pape T, Tseng Y, Diehl A (2019): Physico chemical characterization of the water column (CTD work), in: Bohrmann G., (ed.) The expedition PS119 of the Research Vessel POLARSTERN to the Eastern Scotia Sea in 2019. Berichte zur Polar- und Meeresforschung 736, 37–42.
    | doi:10.2312/BzPM_0736_2019 |
  • Diehl A, Pereira S, Köster M, Bach W (2019): Hydrothermal fluids & precipitates, in: Bohrmann G., (ed.) The expedition PS119 of the Research Vessel POLARSTERN to the Eastern Scotia Sea in 2019. Berichte zur Polar- und Meeresforschung 736, 87–94.
    | doi:10.2312/BzPM_0736_2019 |
  • Bach W, Kleint C, Diehl A, Ernst D, Meierhoff I, Moje A, Monien P, Peters C, Planer-Friedrich B, Sopke S, Türke A, Wilckens F (2018): Geochemistry of fluids and plumes, in: Haase K. M. (ed.) SO-263 Cruise Report: Magmatic evolution of island arc and backarc crust and implications for hydrothermal venting: the rifted North Tonga arc. 48-68.
    | doi:10.13140/RG.2.2.23035.16169 |
  • Stucker V, Sylva S, Diehl A (2018): Hydrothermal vent fluid chemistry, in: Brothers Volcano, March 6-26, 2018 R/V Thomas Thompson, ROV Jason, TN350 Cruise Report, 16-18.
  • Walter M, Albers E, Bäger J, Diehl A, German C, Hand KP, Horn M, Köhler J, McDermott J, Molari M, Steinmacher B, Wegener G, Wischnewski L, Mertens C, Sültenfuß J, Hoppmann M, Damm E, Bach W, Seewald J (2017): Physical oceanography and biogeochemistry of hydrothermal plumes, in: Boetius A, Purser A (eds.) The expedition PS101 of the Research Vessel POLARSTERN to the Arctic Ocean in 2016. Berichte zur Polar- und Meeresforschung 706, 63–80.
    | doi:10.2312/BzPM_0706_2017 |
  • Diehl A, Albers E, German CR, Hand KP, Bach W (2017): Geology and hard rock petrology, in: Boetius A, Purser A (eds.) The expedition PS101 of the Research Vessel POLARSTERN to the Arctic Ocean in 2016. Berichte zur Polar- und Meeresforschung 706, 41–50.
    | doi:10.2312/BzPM_0706_2017 |
  • Türke A, Bachmann D, Diehl A, Wagner L (2015): Marine geology, in: Boetius A. (ed.) The expedition PS86 of the Research Vessel POLARSTERN to the Arctic Ocean in 2014. Berichte zur Polar- und Meeresforschung 685, 40–48.
    | doi:10.2312/BzPM_0685_2015 |
  • Wegener G, Stiens R, Meiners M, Borowski C, Boetius A, Wagner L, Bachmann D, Diehl A, Türke A (2015): Biogeochemistry and biology, in: Boetius A. (ed.) The expedition PS86 of the Research Vessel POLARSTERN to the Arctic Ocean in 2014. Berichte zur Polar- und Meeresforschung 685, 56–58.
    | doi:10.2312/BzPM_0685_2015 |
  • Wegener G, Stiens R, Meiners M, Wagner L, Bachmann D, Diehl A, Türke A (2015): Sediment biogeochemistry, in: Boetius A. (ed.) The expedition PS86 of the Research Vessel POLARSTERN to the Arctic Ocean in 2014. Berichte zur Polar- und Meeresforschung 685, 67–69.
    | doi:10.2312/BzPM_0685_2015 |
  • Diehl A, Bach W (2024): Revising hydrothermal element fluxes at mid-ocean ridges: The role of slow and ultra-slow spreading centers regarding the global hydrothermal element budget. European Geosciences Union General Assembly 2024, Wien, Österreich (Poster).
  • Diehl A, Kleint C, Bach W, Strauss H, de Ronde C, Koschinsky A (2017): Contrasting styles of hydrothermal activity in the Southern Kermadec Arc. GeoBremen 2017, Bremen (Poster).
  • Bieseler B, Diehl A, Jöns N, Bach W (2017): Constraints on cooling of the lower ocean crust from epidote veins in the Wadi Gideah section, Oman Ophiolite. GeoBremen 2017, Bremen (Poster).
  • McDermott J, Albers E, Bach W, Diehl A, German C, Hand K, Koehler J, Seewald J, Walter M, Wegener G, Wischnewski L (2017): Geochemistry, physics, and dispersion of a Gakkel Ridge hydrothermal plume, 87°N, 55°30’E. Goldschmidt Konferenz 2017, Paris, Frankreich (Poster).
  • Marcon Y, Purser A, Diehl A, Albers E, Türke A, McDermott J, German C, Hand K, Schlindwein V, Dorschel B, Wegener G, Boetius A, Bach W (2017): Geological settings of hydrothermal vents at 6°15’W and 55°30’E on the Gakkel Ridge, Arctic Ocean. Goldschmidt Konferenz 2017, Paris, Frankreich (Poster).
  • Türke A, Bach W, Boetius A, Diehl A, German C, Köhler J, Mertens C, Monien P, Prause S, Sueltenfuss J (2017): Dissolved-particulate exchange in the proximal hydrothermal plume at the Aurora Vent Field, Gakkel Ridge, Arctic Ocean. Goldschmidt Konferenz 2017, Paris, Frankreich (Poster).
  • Bieseler B, Diehl A, Jöns N, Bach W (2015): Constraints on cooling of the lower ocean crust from epidote veins in the Wadi Gideah section, Oman Ophiolite. IODP/ICDP Kolloquium, Bonn, Deutschland (Poster).
  • Boetius A, Bach W, Borowski C, Diehl A, German CR, Kaul NE, Koehler J, Marcon Y, Mertens C, Molari M, Schlindwein VSN, Türke A, Wegener G, and Science Party of RV POLARSTERN Expedition Aurora PS86 (2014): Exploring the habitability of Ice-covered waterworlds: The deep-sea hydrothermal system of the Aurora Mount at Gakkel Ridge, Arctic Ocean (82°54’ N, 6°15W, 3900 m). American Geoscience Union, Fall Meeting 2014, San Franzisko, USA.

     

     

    Doktorarbeit

    Masterarbeit

    • Diehl A (2015): Formation temperatures of epidote veins in the Wadi Gideah section, Oman Ophiolite: Constraints on cooling of the ocean crust. Masterarbeit, Universität Bremen

    Bachelorarbeit

    • Diehl A (2012): Geochemische Untersuchungen an hydrothermalen Bildungen aus dem Arnsteinvulkan, Ostsauerland - Rekonstruktion des Temperaturmilieus anhand einer mikrothermometrischen Studie und einer Sauerstoffisotopenanalyse. Bachelorarbeit, Universität Bremen

     

    Aktualisiert von: Patrick Monien
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