The effect of subaquatic volcanism on the structure of Lake Kivu in the Albertine Rift; East Africa (2014)

Subaquatic volcanic activity within Lake Kivu has had a significant effect on the formation of its structure, and changes to its stratification through time. The present day volcanic activity in the form of hydrothermal inputs, and the addition of dilute groundwater inflows, produces the thermohaline stratification observed within the lake. An assessment of the historical changes in volcanic activity, and of the current activity within the lake, were the focus of the research presented within this thesis. A characterization of the volcanic structures found on the lake floor, and of the hydrothermal and cool groundwater discharge flowing through these tectonically active structures, has not been previously researched. Subaquatic volcanic structures are linked to activity within the Holocene, and currently observed hydrothermal inflows at the location of these structures indicate ongoing activity that effectively produce changes to the stratification. Furthermore, an assessment of the sediment geochemistry, lithology, and stratigraphy reveals the effects of volcanic activity on the changes to the stratification within the last ∼10 kyrs including two possible mixing events. A high-resolution bathymetric map was produced for the northern section of the Main Basin, and high-resolution seismic surveys were conducted to infer morphologic and stratigraphic changes recorded in the sediment. Additionally, short sediment cores were retrieved throughout the basin, and at locations of cool and hydrothermal groundwater discharge. The sediment was characterized for geochemical and isotopic changes, and furthermore for its archaeal community diversity. The hydrothermal and cool groundwater sources were characterized to infer mixing dynamics in the lake, and physicochemical gradients at the locations of discharge. The most important implication of this research is the presence of ongoing and historical volcanic activity within Lake Kivu. Volcanic activity has had an impact on the structure and stratification of the lake in the past, and undoubtedly will have a future impact on this geologically active lake.<br /><br />Der subaquatische Vulkanismus des Kivusees hat einen signifikanten Einfluss auf die Struktur des Sees und auf die Stratifizierung seines Wasserkörpers. Durch die in ∼260 m Wassertiefe beobachtete thermohaline Stratifizierung, ist das Tiefenwasser des Sees mit grossen Mengen an gelösten Gasen wie CO<sub>2</sub> (300 km<sup>3</sup>, bei STP) und CH<sub>4</sub> (60 km<sup>3</sup>, bei STP) angereichert. Die Stabilität der thermohalinen Zirkulation ist dabei die entscheidende Vorraussetzung för die Anreicherung von den gelösten Gasen. Subaquatischer Vulkanismus könnte zu einer öbersättigung der gelösten Gase föhren und dabei eine limnische Eruption, auch Seeexplosion genannt, herbeiföhren. Aufgrund der grösse des Kivusees und der Bevölkerungsdichte entlang von seinen Ufern, stellt die Möglichkeit einer limnischen Eruption eine besondere Gefährdung för mehrere Milionen Menschen dar. In dieser Arbeit wurden zum ersten mal genauere Charakterisierungen der vulkanischen Strukturen am Seeboden und der hydrothermalen Grundwässer, welche entlang von tektonisch und vulkanisch aktiven Struktren austreten, durchgeföhrt. Subaquatische vulkanische Strukturen wurden auf vulkanische Aktivität während des Holozäns zuröckgeföhrt und die beobachteten hydrothermalen Zuflösse, welche sich entlang der vulkanischen Strukturen befinden, auf rezente Aktivität. Untersuchungen der Sedimentgeochemie, Lithologie und Stratigraphie ergaben Aufschluss öber die vulkanische Aktivität während der letzten 10 kyrs und öber zwei limnische Eruptionen in dieser Zeitspanne. Eine hochaufgelöste bathymetrische Karte sowie hochaufgelöste seismische Untersuchungen des Seegrunds wurden durchgeföhrt um zu einem besseren Verständnis der Morphologie und der stratigraphischen änderungen in der Sedimentsequenz beizutragen. Sedimentkerne wurden öber das ganze Becken verteilt und entlang von hydrothermalen Austritten erbohrt. Die Sedimente wurden mit Hinblick auf Veränderungen in der Geochemie, Isotopie und ihre Archäen Vergesellschaftung und Diversität untersucht. Ausserdem wurden, för ein besseres Verständnis der Mischungsdynamik des Sees, die physicochemischen Besonderheiten der hydrothermalen Quellen untersucht und besser charakterisiert. Die wichtigste Erkenntnis dieser Arbeit ist der Nachweis von historischer und rezenter vulkanischer Aktivität im Kivusee. Vulkanische Aktivität hatte einen Einfluss auf die Struktur und Stratifizierung des Sees in der Vergangenheit und wird auch in Zukunft einen Einfluss auf diesen geologisch aktiven See haben. [...]