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Carbonatisierung von porösen Gesteinen durch Wechselwirkung mit magmatischen und hydrothermalen Fluiden – eine Fallstudie am Vulkan Unzen, Japan

Leitung:Prof. Dr. Harald Behrens, PD Dr. Stefan Dultz
Bearbeitung:Anna Simonyan
Laufzeit:2009-
Förderung durch:Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Um das Ausbruchverhalten von Vulkanen zu untersuchen wurde beim Bohrprojekt am Vulkan Unzen erstmalig der aktive Vulkan kurz nach der Eruption bis hin zum Schlot angebohrt. Die Bohrung erbrachte verschiedene unerwartete Ergebnisse, z.B. war die Temperatur im Bohrloch deutlich geringer als erwartet, und die Bohrkerne erwiesen sich als bereits stark alteriert mit hohen Anteilen sekundärer Minerale, wie Carbonaten, Chlorit und Pyrit.  Diese werden als Reaktionsprodukte freigesetzter Fluide mit dem Ausgangsgestein angesehen.
Auf Grund dieser Befunde wurden experimentelle Untersuchungen an Bohrkernen vorgesehen, um die Mechanismen der Fluid-Gesteins-Wechselwirkungen, insbesondere die Carbonatisierung und Decarbonatisierung von Gesteinen, zu untersuchen. Die Arbeiten tragen nicht nur zum Verständnis von Entgasungsvorgängen in der Tiefe von Vulkanen bei, sondern sind auch von großer Bedeutung für die unterirdische Verpressung von CO2 in Hohlräume oder poröse/brekziöse vulkanische Gesteine. Beispielsweise wird durch die Bildung von Carbonaten CO2 immobilisiert und die Permeabilität von Gesteinen kann durch den Verschluss von Poren verändert werden.

Die geplanten Untersuchungen umfassen (i) petrographische Untersuchungen der Bohrkerne hinsichtlich der Textur und Zusammensetzung der Alterationsprodukte, (ii) Analyse der Kohlenstoff- und Sauerstoffisotope zur Identifizierung der Herkunft des in den Carbonaten gebundenen CO2, (iii) die Charakterisierung des Porensystems in verschieden alterierten Gesteinen durch Einpressung von Wood’schem Metall und durch Bestimmung des thermisch freisetzbaren Wassers vorgesättigter Proben, (iv) experimentelle Untersuchungen zum Transport und zur Reaktion flüchtiger Bestandteile im Porenraum der Gesteine mit in situ-Techniken und (v) hydrothermale Experimente zu Fluid-Gesteins-Wechselwirkungen bei Bedingungen, die in der Nähe des Schlotes erreicht werden (200 – 400°C und bis zu 100 MPa). Durch Temperaturunterschiede in Abhängigkeit vom Abstand zum Schlot wird eine starke Veränderung der Fluid-Gesteins-Wechselwirkungen erwartet. Die Ergebnisse der Untersuchungen werden mit denen anderer am Vulkan Unzen arbeitenden Gruppen verknüpft und sollen das Verständnis von Fluid-Gesteins-Wechselwirkungen und Entgasungsvorgängen von Vulkanen verbessern.

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