Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

29

FLUID SEEPS OF THE NILE DEEP SEA FAN : 

FIRST RESULTS OF THE NAUTINIL (2003) DIVE EXPEDITION

J.P. Foucher

1*

, J. Mascle

2

, J. Woodside

3

, A. Boetius

4

and the NAUTINIL Shipboard Scientific Party

1 

IFREMER, DRO/GM, B.P. 70, 29280 Plouzané cedex, France

2 

UMR 6526 Geosciences Azur, B.P. 48, 06235 Villefranche-sur-Mer, France

3 

Vrije Universiteit, De Boelelaan 1085, 108

1

HV Amsterdam, The Netherlands

4 

Max Planck Institute for Marine Microbiology, Celsiusstr. 1, 28359 Bremen, Germany

Abstract

Fluid seeps of the Nile deep sea fan were investigated with research submersible Nautileduring the Nautinil expedition (2003). Dive

observations revealed active manifestations of gas emanation and brine seepage through the summits of several mud volcanoe and

pockmarks along the continental slope between depths of 500 and 3000 m. Densely distributed bacterial mats and filaments are associated

with brine seeps. Authigenic carbonate crusts and chemosynthetic fauna are numerous in pockmarks.

Key-Words: Eastern Mediterranean, Nile fan, Fluid seeps, Mud volcanoes, Submersible dives

The Nile Fan is one of the largest deep sea fans in the world. It was

built mainly in the past several million years since the Messinian

salinity crisis and covers a segment of the ancient (late Jurassic to

early Cretaceous) passive margin of Egypt. It is characterised, among

other things, by the presence directly on the sea ?oor of numerous

potential ?uid-escape structures along the continental slope between

depths of 500 and 3000 m. Several of these structures were

investigated with research submersible Nautileduring the Nautinil

expedition that took place from 3 September to 3 October 2003

aboard the research vessel L’Atalante, starting and ending at Iraklion

(Crete). Most of these structures were found to host active ?uid seeps.

Fluid seepage target areas on the Nile deep sea fan exhibit diverse

geophysical signatures and morphologies which facilitate their

identification using surface geophysical data. These can be classified

most simply as (a) sedimentary build-ups and ?attened cones, often

inferred to be mud volcanoes, varying from several hundreds to more

than a kilometre in diameter and several tens of metres high, some

situated either at the centre or periphery of large circular depressions

with the appearance of volcanic calderas, and (b) high re?ectivity

patches inferred to be pock-marks, without apparent morphologic

signature at the scale of the multibeam bathymetry.

Seven dives focused on four mud volcanoes situated directly over

gas chimneys high on the continental slope of the Egyptian margin

(Zones 5 and 6). Previous sampling had indicated unstructured

sediment supersaturated in gas, thus confirming the interpretations

based on seismic re?ection data and implying strong degassing

activity. Nautinil submersible observations demonstrated active

seepage on the summits of the four visited volcanoes, where a rough

topography suggests explosive gas eruption. Several sea?oor spots of

dark, reduced sediment, often covered with whitish bacterial mats,

were interpreted as areas with high seepage rates. Large geothermal

gradients, with mud temperatures as high as 45°C at 9 meters below

the sea ?oor in the Isis mud volcano, attest to an overall vigorous

seepage activity through the four visited mud volcanoes.

Nine dives with their numerous in situsamples were aimed at a

detailed analysis of three mud volcanoes situated near or within a

large caldera of nearly 8 km diameter and located at 3000 m depth in

a region of the deep sea fan where underlying Messinian salt deposits,

previously forming a veritable cap rock, were ruptured by gravity

tectonics and thereby facilitated the rise of underlying ?uids to the sea

?oor (Zone 3). Active brine ?ow, forming brine ponds, with extensive

microbiological manifestations, was observed to be a main

characteristics of the Cheops and Chefren mud volcanoes.

Three dives carried out on the pock-marks of the central Nile fan

lead to a better understanding of the significance of these features

(Zone 4). Authigenic carbonates occur on the sea?oor as isolated

chimneys or massive pavements. They are made of Mg-rich calcite

and aragonite and are often found to be associated with

chemosynthetic fauna (tube worms). Observations suggest a long-

lasting seepage activity.

As part of Nautinil, three dives were also completed on the

Mediterranean ridge (Zones 1 and 2), allowing for a comparison of

seepage properties in two distinct tectonic provinces of the eastern

Mediterranean sea to be made.

Nautinil is the first phase of a series of three marine expeditions

planned for Mediflux, a project within the framework of the

cooperative European programme Euromargins, itself part of

Eurocores, a vehicle for financing research launched in 2001 by the

European Science Foundation (ESF). Medi?ux, a 4-year project begun

in 2003, is based on cooperation among diverse institutes and

university laboratories in France (Ifremer, IFP, and several CNRS

associated universities including Géosciences-Azur and Lodyc), the

Netherlands (NIOZ, University of Utrecht, and the Vrije Universiteit

of Amsterdam), and Germany (the Max Planck Institute in Bremen).

Medi?uxis dedicated to multidisciplinary analysis of sea?oor ?uid

seeps (cold seeps) and their associated deep environments.