3. Wochenbericht ( ) FS. SONNE

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1 SO258 Leg 1 INGON 3. Wochenbericht ( ) FS. SONNE 5 26 S / E Zu Beginn der dritten Woche der FS. SONNE-Reise SO258 Leg 1 wurden zunächst zwei weitere Fischzüge mit dem Trawl durchgeführt, bevor die Biologen die Fang-Serie bis zum Erreichen des Afanasi Nitikin Seamounts in der kommenden Woche unterbrachen. Die beiden vorerst letzten Trawls waren kurz (4h) und flach (200m, nachts), um unsere Chancen zu verbessern, Tiere lebend zu erhalten. Sie enthielten einen großen Kalmar (Octopoteuthis sicula), zahlreiche kleinere lebende Kalmare, und neben den üblichen Beilfischen und Viperfischen auch zwei seltene und interessante Arten: einen juvenilen Dolichopteryx und einen larvalen Opisthoproctus. Beide sind für unser Projekt zur Entstehung von Teleskopaugen mit Divertikula von großem Interesse. Mit dem Planktonnetz konnten wir während der Dredgestationen zusätzlich fliegende Fische fangen, welche als Oberflächen-Kontrollen für die Hörversuche mit den Tiefseefischen verwendet wurden. Verschiedene Tintenfischarten aus dem südlichen Indik. (a) Sandalops melancholicus. (roter Pfeil zeigt auf das Teleskopauge). (b) Vitreledonella richardi. (roter Pfeil zeigt auf ein verlängertes Auge) (c) Vampyroteuthis infernalis. d, Cranchia scabra. (e) Spiruala spirula. (f) Liocranchia sp. (Foto: Wensung Chung) Juwelen-Kalmar (Histioteuthis hoylei) (a) Asymmetrische Augen: Das linke Auge ist ca. 2-3mal so groß wie das rechte. (b-c) Photophoren (Leuchtorgane) (Foto: Wensung Chung)

2 In diesem Wochenbericht soll etwas genauer auf die Tintenfische der Tiefsee eingegangen werden. Bei den bisherigen Fängen haben wir 23 verschiedenen Cephalopoden-Arten in Tiefen zwischen 200 und m gefunden. Das visuelle System der Tintenfische gilt seit langem als Lehrbuch-Beispiel für konvergente Evolution, da ihre Kamera-Typ Augen nach denselben optischen, anatomischen und funktionellen Prinzipien aufgebaut sind wie die der Fische, im Detail aber aus anderen Zell- und Gewebearten bestehen. Wensung Chung von der University of Queensland (Brisbane) demonstriert hier (obere Abb. auf erster Seite), dass dies nicht nur für die allgemeinen Prinzipien des Augenaufbaus (Kamera-Auge) gilt, sondern auch für die speziellen Anpassungsmechanismen an das Sehen in der Tiefsee, wie z.b. Teleskopaugen, wie man sie von zahlreichen mesopelagischen Fischen kennt. Bei dem Juwelen-Kalmar ist ein weiteres, sehr besonderes Merkmal eines visuellen Systems zu beobachten, nämlich die Asymmetrie beider Augen: Sein linkes Auge ist wahrscheinlich nach oben gerichtet und größer als das nach unten gerichtete rechte Auge. Außerdem trägt er viele rote Leuchtorgane am Körper (untere Abb.). Neben der allgemeinen Beschreibung und der histologischen Analyse dieser speziellen Tintenfisch-Augen werden in Brisbane weitere moderne Imaging Verfahren zur Untersuchung eingesetzt: Magnet-Resonanz-Tomographie (MRI), Diffusions-Tensor-Imaging (DTI) sowie eine Analyse der Habitat-Tiefen. Der Vergleich von Gehirn-, und Augenmorphologie sowie der Leistungen des visuellen System bei den verschiedenen Tintenfischarten soll einen Beitrag zum besseren Verständnis dafür erbringen wie die unterschiedlichen Lebensweisen und neurale Architektur der verschiedenen visuellen Systeme zusammenhängen. Der Schwerpunkt der Arbeiten in dieser Woche lag auf Kartierungen des Meersbodens und der Gesteinsbeprobung. Die ersten beiden Dredgezüge dieser Reise haben wir an der Südflanke des Osborn-Seamounts durchgeführt. Dieser fast kreisrunde (Ø ca. 250 km!), etwa m hohe Seamount befindet sich bei ca. 15 S direkt westlich des Ninetyeast-Rückens, einer markanten Rückenstruktur, die sich in Nord-Südrichtung durch den gesamten Indik erstreckt. Er wurde nach Kabellegeschiff SHERARD OSBORN benannt, von dem aus er im Jahre 1900 entdeckt wurde. Die Dredgen erbrachten zwar die ersten Proben überhaupt von dieser Struktur, aber leider nur stark fragmentiertes vulkanisches Material - sogenannte vulkaniklastische Gesteine. Wir hoffen aber, aus diesen Gesteinen für die Analytik und Datierungen geeignetes Material extrahieren zu können. Auf dem Weg in unser erstes größeres Dredgegebiet machten wir noch einen Stopp an der "85 Fracture Zone", einer N-S verlaufenden Störungszone, die zwischen 7 S und 15 S morphologisch sehr ausgeprägt ist und es in diesem Bereich ermöglicht, die Ozeankruste direkt zu beproben. Trotz sehr schwieriger Windbedingungen gelang es uns, dort Laven und Intrusivgesteine (Gabbro) zu dredgen. Der südliche Teil der auf dieser Reise erstmals kartierten und beprobten "Southern Seamounts". Die abgeflachten Gipfelbereiche und runde Depressionen mit bis zu 2,5 km Durchmesser sind typische Merkmale dieser Seamountprovinz. Eine Kettensackdredge wird mit Gesteinen aus m Wassertiefe an Bord der SONNE gehievt. (Foto: Luise Wagner) Ein schmutziges Geschäft: Alle Gesteinsproben werden an Bord gesägt, um sie besser bestimmen zu können und um sie für die Analytik in den Heimatlaboren vorzubereiten. (Foto: Nina Furchheim)

3 An Abend des erreichten wir schließlich ein bisher völlig unerforschtes Gebiet, in dem die auf Satellitenaltimetrie basierenden Karten zwischen 8 30 S und 11 S einige Seamounts und Rückenstrukturen zeigen, die von uns als "Southern Seamounts" bezeichnet wurden. Sie bilden das Südende einer sich in etwa von der Höhe Sri Lankas aus in Richtung Süden erstreckten Reihe von geomorphologischen Strukturen, zu denen auch der Afanasi Nikitin Seamount gehört die als "85 Rücken" bezeichnet wird. Dieser "85 Rücken" ist das Hauptziel der geologischen Untersuchungen von SO258 Leg 1. Anhand von chemischer Zusammensetzung und Alter seiner Gesteine wollen wir Informationen über magmatische und vulkanische Prozesse gewinnen, die beim Auseinanderbrechen des Superkontinents Gondwana (hier speziell die Abtrennung von Indien und Sri Lanka von der Antarktis in der frühen Kreide) und der Ausbildung des Indischen Ozeans eine Rolle spielten. Dies ist in erster Linie Grundlagenforschung, die zu einem besseren Verständnis dazu beiträgt, wie unser Planet Erde funktioniert. Damit liefern wir aber auch Basisdaten, die z.b. zu einer besseren Einschätzung von Naturkatastrophen beitragen oder für die Exploration und nachhaltige Nutzung von Lagerstätten von Bedeutung sind. Unsere Kartierungen der "Southern Seamounts" zeigen, dass hier in mehr als m Wassertiefe mindestens 10 runde oder ovale, bis zu m hohe Seamounts mit maximal 20 km Durchmesser und zahllose kleinere vulkanische Strukturen existieren. Die Beprobung dieser Vulkane erwies sich als schwierig, da sie offenbar mit dicken Krusten aus Mangan und vulkaniklastischen Material bedeckt sind. Dennoch gelang es uns, aphyrische oder Feldspat-, Pyroxen- und Olivin-phyrische Lavafragmente von sieben dieser Seamounts zu dredgen. Erstaunlicherweise wiesen einige dieser Lavafragmente noch frische Glasränder auf. Vulkanisches Glas entsteht durch sehr schnelle Abkühlung von Lava z.b. beim Kontakt mit Wasser und ist für die Laboranalytik hervorragend geeignet, da es die primäre chemische Zusammensetzung der Gesteinsschmelze konserviert. Allerdings ist Glas keine stabile Phase und wandelt sich im Laufe der Zeit zunächst in Palagonit und schließlich in Ton um. Dieser Vorgang kann sich erheblich beschleunigen, wenn Glas z.b. dem Kontakt mit Meerwasser ausgesetzt ist. Daher ist der Fund von frischen vulkanischem Glas an älteren Strukturen wie den "Southern Seamounts" immer etwas Besonderes. Als wir die "Southern Seamounts" in Richtung des Afanasi Nikitin Komplexes verließen stellten wir überrascht fest, dass sich an diese eine Reihe etwas kleinerer, bis zu m hoher Seamounts anschließt, die nicht in den auf Satellitenaltimetrie basierenden Karten erscheinen. Der Versuch, einen dieser neu entdeckten Seamounts etwa 130 km nördlich der "Southern Seamounts" zu beproben erbrachte leider nur Krusten und sehr stark alterierte Lavafragmente. Wissenschaftler evaluieren Gesteinsproben vom südlichen Ende des Afanasi Nikitin Komplexes. (Foto: Nina Furchheim) Eine für die geochemische Analytik vorbereitete Probe von der "85 Fracture Zone". (Foto: GEOMAR) Am Sonntag erreichten wir mit dem Afanasi Nikitin Komplex unser Hauptarbeitsgebiet. Ein erster, sehr erfolgreicher Dredgezug an seinen südlichen Ausläufern erbrachte frische Pillowlaven aus m Wassertiefe. In der kommenden Woche werden wir hier ein umfangreiches Dredgeprogramm als auch verschiedene biologische Untersuchungen durchführen. Das Wetter blieb diese Woche wechselhaft mit einem Mix aus Wolken, Sonne und Regenschauern. Am Freitag war Halbzeit dieser Reise. Da wir in der Nacht von Samstag auf Sonntag unterwegs zum Afanasi Nikitin Komplex waren und daher keine Geräteeinsätze anstanden, bot sich der Samstagabend dazu an, das Bergfest nachzuholen. Um Mitternacht konnten wir dann auch noch auf den 50. Geburtstag eines Fahrtteilnehmers anstoßen. Alle an Bord sind wohlauf und grüßen die Daheim gebliebenen. Reinhard Werner, Jochen Wagner und die SO258/1 Wissenschaft

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5 SO258 Leg 1 INGON Weekly Report No. 3 ( ) R/V SONNE 5 26 S / E At the beginning of the third week, R/V SONNE cruise SO258 leg 1 conducted further trawls before the series of Tucker-Trawl deployments was discontinued until reaching the Afanasi Nikitin Seamounts area. The last trawls were short (4h) and shallow (200 m, at night) and brought a big squid (Octopoteuthis sicula), many smaller live squids, and apart from the usual complement of hatchetfish, and viperfish, two rare and interesting fish: a juvenile Dolichpteryx and a larval Opisthoproctus. Both are of special interest for the barreleye project. Plankton net deployments during dredge stations caught flying fish which served as controls (surface dwelling) for the auditory experiments on deep-sea species. Diversity of cephalopods in the south Indian Ocean. (a) Melancholicus cranch squid (Sandalops melancholicus). Red arrow indicates the tubular eye. (b) Glass octopus (Vitreledonella richardi). Red arrow indicates the elongated eye. (c) Vampire squid (Vampyroteuthis infernalis). (d) Eight arm squid (Octopoteuthis sicula). (e) Rough cranch squid (Cranchia scabra). (f) Ram s horn squid (Spiruala spirula). (g) Liocranchia sp. (photo: Wensung Chung) Jewel squid (Histioteuthis hoylei) (a) Asymmetric eyes. The size of the left eye is approximately 2-3 fold larger than its right eye. (b-c) Photophores. (photo: Wensung Chung)

6 For the present weekly report, we take a closer look at the squids of the deep-sea. In the past trawls we caught 23 cephalopod species from depths between 200 and 1,200 m. The visual system of cephalopods is a textbook example of convergent evolution as their cameratype eyes share optical, anatomical and functional characteristics with fish, but are made up of different cells and tissues. What Wensung Chung from Queensland University, Brisbane demonstrates in the pictures shown on page one of this report, is that this applies not only to the general principles of ocular design like the camera eye, but includes other adaptive specialisations such as tubular eyes which are also found in many mesopelagic fish (upper figure). In the jewel squid there is a different, and unique feature of the visual system: his left, probably upward-facing eye is much larger than the right, probably downward-facing eye. It also presents many red photophores (lower figure). Along with the discovery of these special cephalopod eye designs, histology, magnetic resonance imagery (MRI), diffusion tensor imaging (DTI) and depth distributions are used to understand how the squid visual systems and the versatility of their neural architecture reflect the diverse and specific lifestyles of each species. This week our investigations focused on bathymetric mapping and hard rock sampling. The first two dredge hauls of this journey have been conducted at the southern flank of Osborn Seamount. This circular (Ø 250 km!), approximately 2,500 m high seamount is located at ~15 S directly west of the Ninetyeast Ridge, a prominent ridge structure which stretches across the entire Indian Ocean in N-S direction. The seamount has been named after the cable ship SHERARD OSBORN, which discovered and delineated it in June, Our dredges indeed returned the first rocks ever sampled from this feature but unfortunately they comprised only altered volcaniclastic rocks. We hope, however, that we can extract material suitable for geochemical analyses and possible radiometric age dating. En route to our first major dredge area, we stopped at the "85 Fracture Zone" which shows a prominent morphology with a steep eastern slope between 7 S and 15 S. In this section it is possible to sample directly the ocean crust. Despite difficult weather conditions, we were able to recover lava fragments and intrusive rocks (gabbro). The southern part of the "Southern Seamounts", which have been mapped for the first time on this journey. The flat tops and circular depressions (up to 2.5 km in diameter) are typical features of this seamount province. A chain bag dredge returns on board R/V SONNE with rocks from the ocean floor at m water depth. (photo: Luise Wagner) A dirty business: All rock samples are cut on board in order to allow better classification and to prepare them for the analyses in the home labs. (Foto: Nina Furchheim) In the evening of June 21, R/V SONNE reached a completely unexplored area. Here the predicted bathymetry shows some seamounts and ridge structures scattered between 8 30 S and 11 S, which have been named "Southern Seamounts" by the cruise participants.

7 They represent the southern tip of a chain of geomorphological features called "85 Ridge", which extends from Sri Lanka to the south and includes the Afanasi Nikitin Complex. The "85 Ridge" is the major target of the geological studies of SO258 Leg 1. On the basis of the chemical composition and ages of its rocks, we intend to gather new information on magmatic, tectonic, and volcanic processes which may have triggered and have accompanied the break-up of Gondwana, here in particular the separation of India and Sri Lanka from Antarctica in Early Cretaceous, and the formation of the Indian Ocean. This is primarily basic research but our approach contributes to a better understanding of how our System Earth works. With that we also provide basic data for applied research as, for example, for a better evaluation of volcanic and tectonic hazards or the formation of natural resources. Our survey of the "Southern Seamounts" revealed that they comprise at least 10 circular or oval, up to 2,000 m high features, measuring up to 20 km in diameter, and numerous smaller volcanic structures. Sampling of these volcanoes proved difficult because obviously they are covered with manganese crusts and volcaniclastic material. Nevertheless we managed to obtain aphyric and feldspar-, pyroxene- and olivine-phyric lava fragments from seven of the larger seamounts. Surprisingly fresh volcanic glass persisted on some of the lava fragments. Volcanic glass forms by rapid cooling of lava for example when hot lava comes in contact with water. Such glass is of particular interest to study the original composition of melts and their pre-eruptive volatile contents. Volcanic glass, however, is not stable and alters over the course of time; initially to palagonite and finally to clay. This process is accelerated when glass is exposed to seawater. Therefore it is a great achievement that we have sampled fresh glass at several sites of the presumably ancient "Southern Seamounts". When R/V SONNE headed towards the Afanasi Nikitin Complex, we realized astonished, that a chain of somewhat smaller, up to m high seamounts emanates from the "Southern Seamounts" at least 150 km in northern direction. These seamounts are not displayed by the predicted bathymetry. An attempt to sample one of these newly discovered volcanoes unfortunately yielded only crusts and heavily altered lava fragments. Scientists evaluate rock samples recovered at the southern tip of the Afanasi Nikitin Complex (photo: Nina Furchheim) A rock sample from the "85 Fracture Zone" prepared for the geochemical analyses. (photo: GEOMAR) On Sunday, June 25, we reached the Afanasi Nikitin Complex - our main working area. A first, very successful dredge haul yielded fresh pillow lava from its southern tip. During the upcoming week we will continue mapping and dredging as well as conducting various biological investigations at Afanasi Nikitin. The weather remained variable this week with a mixture of clouds, sun, and rain showers. In the night from Saturday to Sunday SONNE sailed to the Afanasi Nikitin complex and therefore no deployments of our devices were scheduled. That provided an excellent opportunity for the midway party, enjoyed by both crew and scientists. At midnight we raised our glasses in a toast to a cruise participants who celebrated his 50 th birthday on Sunday. All participants are well and send greetings from the central Indic to everyone at home. Reinhard Werner, Jochen Wagner, and the SO258/1 scientific party