Rapp. Comm. int. Mer Médit., 36,2001

26

Submarine mud volcanoes are frequently found in active continen-

tal margins such as the Mediterranean Ridge. They are formed by

overpressurized mud in the deep subsurface where methane-loaded

?uid ?ow originates. High methane concentrations in the ascending

?uid make gas hydrate formation possible given the required temper-

ature and pressure conditions and create highly adapted forms of life

depending on methane as a carbon source. 

Mud volcanoes of the Olimpi mud volcanoe field (OMV) and of the

Anaximander Mountains (AM) were the subject of a French-Dutch

interdisciplinary project. In 1998 direct observations and sampling of

sediment and biota were carried out from the French submersible

’Nautile’during 20 dives. In 1999 sampling was carried out by means

of box, gravity, and piston coring on-bord of R/V Prof. Logachev.

Direct observations revealed heterogeneously distributed occurrence

of microbial mats and macrofauna such as clams, mussels, tube

worms, sponges, urchins, crabs and fish. Often fields of empty (dead)

shells were found. Apart from biota, up to decimeter thick carbonate

crusts were found on top of the sediment. On Napoli Dome, a mud vol-

cano located in the OMV, discrete brine water seepage induces creek-

like downhill ?ow ending in brine ponds and lakes.

The most important process with respect to carbon turn-over is

anaerobic methane oxidation (SO

42-

+ CH

4

?

HS

-

+ HCO

3-

+ H

2

O),

which has been prooved in the studied sediments by means of organic

compound identification (1) and which is also evident from pore water

data. SO

42-

typically becomes depleted in the upper meter, which

coincides with depletion of upward ascending CH

4

.As a result of

anaerobic methane oxidation build-ups of HS

-

and dissolved inorgan-

ic carbon are found in the pore water.The latter leads to supersatura-

tion and precipitation of carbonate which explains the observation of

abundant authigenic carbonate. 

Pore water distribution of conservative constituents display signifi-

cant differences for different mud volcanoes: On Napoli dome (OMV)

Cl, Na and B always increase with depth in the uppermost sediment

and stay constant below.This implies an ascend of brine water

enriched in Na and B by a factor of ~10 versus normal sea water which

is in agreement with brine water occurrences and composition west of

the OMV, Urania and Bannock Brines. In contrast, in mud volcanoes

of AM both conservative tracers show sea water concentrations in the

uppermost decimeters. Below this zone Na is decreasing whereas B is

increasing. Homogeneous sea water-like concentrations of Na, B can

only be explained by intensive bioirrigation, presumably by macro-

fauna which live in symbiosis with CH

4

/ HS

-

oxidizing bacteria. B

enrichment originates here from leaching of detrital sediment under

high temperature conditions. The decrease of Na is traditionally

explained by the in-situ presence of gas hydrate, which dissociate dur-

ing core recovery and dilute ambient pore water.

To assess in situ methane concentrations required for the formation

of gas hydrate we developed a coupled transport-reation model. In this

model we predict the methane depth distribution by setting the

methane ?ux equals to the sulfate ?ux which is justified by the net

reaction of anaerobic methane oxidation (see above) and use the

advection velocity derived from fitting conservative constituents (Na,

B) with a transport equation accounting for diffusion and advection.

Model results from two cores reveal thatin situmethane concentra-

tions are not high enough for the formation of gas hydrate despite the

finding of reduced concentrations of conservative constituents. We

interpret this by dehydration of smectite in the deep subsurface serv-

ing as fresh water source. 

References

1 – Pancost R.D., Sinninghe Damsté J.S., Lint, S. De, Maarel M.J.E.C.

Van Der, Gottschall J.C. and the MEDINAUTshipboard scientific party,

2000. Biomarker evidence for widespread anaerobic methane oxidation

in Mediterranean sediments by a consortium of mathanogenic archaea

and bacteria. Appl. Env. Microbiol., 66: 1126-1132.

POREWATER GEOCHEMISTRY OF CH4-RICH MUD VOLCANO SEDIMENTS 

IN THE EASTERN MEDITERRANEAN SEA: IMPLICATIONS FOR FLUID ORIGIN, 

THE PRESENCE OF GAS HYDRATE AND BIOGEOCHEMICAL REACTIONS

Ralf R. Haese

1*

, Christian Hensen

2

, Christof Meile

1

and Gert J. De Lange

1

1

Institute of Earth Sciences, University of Utrecht, The Netherlands - rhaese@geo.uu.nl

2

Institute of Earth Sciences, University of Bremen, Germany

Abstract

Pore water geochemical studies were carried out in surface sediments of eastern Mediterranean mud volcanoes to study the following

issues:

1 - What is the impact of methane-rich ?uid ?ow for microorganisms and macrobenthic fauna?

2 - What are differences in ?uid composition within single mud volcanoes and in different areas? 

3 - Is gas hydrate present and what are the conditions of formation?

Keywords: Anaerobic methane oxidation, macrofauna, gas hydrate, ?uid ?ow