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CO2-Entnahme durch Alkalinitätserhöhung - Potenzial, Nutzen und Risiken, Vorhaben: Potenzialanalyse von Alkalinitätsreaktoren

Schwerpunktprogramm (SPP) 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm, Teilprojekt: MagmaCourse: Fluidwegsamkeiten im Eger Rift identifiziert durch gemeinsame numerische und analoge Modellierungen

Das Ziel des Antrags ist ein Modell der tiefen Fluidbewegung und ihrer Wegsamkeiten in dem Eger Rift zu entwickeln. Wir planen zum ersten Mal mechanische Modellierung (numerische Simulationen und unterstützende analoge Laborexperimente) mit sogenannten constrained Magnetotellurischen Inversionen und mit geochemischen Modellen zu verbinden. Dieser Prozess soll interaktiv geschehen, so dass das Resultat der einen Methode als Rahmenbedingung der anderen verwendet werden kann.Die Schwarmbeben im Vogtland/Westböhmen sind ein Beispiel für krustale Seismizität, bei der Fluide eine bedeutende Rolle spielen. Bezüglich der Schwarmbeben und ihrer Prozesse gibt es kontroverse Ansichten und unbeantwortete Fragen: F1) Welche Rolle spielt die regionale intrakontinentale Tektonik? Die Umgebung stellt eine Paleozoische Suturzone da, die in der Erdneuzeit durch post-orogene Extension reaktiviert wurde und dabei die Eger und Cheb-Domazlice Graben gebildet hat. Starke und räumlich verbreiteter alkalischer Vulkanismus ist ebenso mit dieser Region assoziiert. Durch was wurden die räumliche Ausbreitung und die geochemische Zusammensetzung des Vulkanismus kontrolliert? Welche Verbindung gibt es zwischen der Seismizität und dem Vulkanismus?F2) Welche Rolle spielen tiefe Fluidwegsamkeiten? Isotopenverhältnisse zeigen einen hohen aus dem oberen Erdmantel stammenden CO2 Fluss, der die Erdoberfläche in Form von CO2 angereicherten Mofetten und hydrothermaler Aktivität erreicht. Welche Wegsamkeiten existieren, entlang derer Magma und andere Fluide aufsteigen können; durch welche Faktoren werden sie kontrolliert? Welche Zusammensetzung und physikalisch- chemische Eigenschaften haben diese Fluide insbesondere auch während des Aufstiegs?F3) Welche Rolle spielen existierende Störungszonen, um Fluide zu kanalisieren und Seismizität zu triggern? Wie lassen sich die mechanischen Eigenschaften dieser Hochdruckfluide beschreiben, die in diese Störungszonen eindringen? Welche Prozesse und welche Mechanismen unterstützen diese Fluidbewegung? Wie ist die Zusammensetzung dieser krustalen Fluide, die in die seismisch aktiven Regionen vordringen? Was sind ihre physikalischen Eigenschaften und wie ist ihre zeitliche Entwicklung?Diese miteinander verbundenen Fragen stehen im Zentrum des ICDP Eger Rift Projekts. Wir werden numerische und analoge mechanische und geochemische Simulationen entwickeln. Dazu soll der Modellraum von 2D/3D MT Inversionsmodelle über das Gebiet der Schwarmbeben und Mofetten durch constrained Inversionen durch mechanische Simulationsergebnisse eingeschränkt werden. Vorhandene tiefe krustale Seismikdaten sowie MT Daten, die entlang von 2 senkrecht zueinander stehenden Profilen (Herbst 2015) und auf einem dichten Gitter (Frühjahr 2016) gemessen wurden, bilden hierbei die Datenbasis. Ein solcher Ansatz ist neu und zukunftsweisend für eine bessere Integration der Ergebnisse.

Formation of mega-glendonites in the aftermath of the Paleocene-Eocene thermal maximum

Glendonites are pseudomorphs after the mineral ikaite (CaCO3 x 6H2O) and composed of calcite (CaCO3). In the past, they have been used as a paleo-thermometer because the primary mineral ikaite, according to observations and experiments, seems to be formed at temperatures near freezing, high alkalinity and high phosphate concentrations in marine sediments. An enigmatic occurrence of the largest glendonites known world-wide, in the Early Eocene Fur Formation of northwestern Denmark offers the unique possibility to shed more light on the actual mechanism and controlling parameters of ikaite formation. Right in the aftermath of the Paleocene-Eocene thermal maximum, a time known for its global pertubation in the global carbon cycle, the formation of authigenic calcium carbonate concretions start in the Fur Formation. In a specific stratigraphic interval inbetween these concretions, the glendonites can be found. We will investigate if termperature changes or changes in geochemical parameters of the Danish Basin caused the sudden formation of ikaite during a time interval that was based on known paleoclimatic reconstructions (semi tropic) not favorable for ikaite formation.

Element concentrations from two benthic chambers and the ambient bottom water during an in-situ incubation experiment in July 2025

The dataset contains major and trace element concentrations measured by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES) from water samples collected during a 16-day in-situ incubation experiment in the Baltic Sea (2025-07-12 to 2025-07-29). Samples were collected using an automated glass-syringe sampler deployed within two benthic chambers of a Biogeochemical Observatory (BIGO, Sommer et al., 2009) at 54° 34.432' N, 10° 10.776' E, at 22 m water depth. In one chamber, 29 g of fine calcite powder were added to the bottom water to assess the potential of enhanced benthic calcite weathering as an ocean alkalinity enhancement (OAE) strategy. Seven samples per chamber and from the ambient bottom water were analyzed to trace elemental changes associated with calcite dissolution.

Nutrient concentrations from two benthic chambers and the ambient bottom water during an in-situ incubation experiment in July 2025

The dataset contains dissolved nutrient concentrations from water samples collected during a 16-day in-situ incubation experiment in the Baltic Sea (2025-07-12 to 2025-07-29). Samples were collected using an automated glass-syringe sampler deployed within two benthic chambers of a Biogeochemical Observatory (BIGO, Sommer et al., 2009) at 54° 34.432' N, 10° 10.776' E, at 22 m water depth. In one chamber, 29 g of fine calcite powder were added to the bottom water as part of an enhanced benthic calcite weathering experiment. Seven samples per chamber and from the ambient bottom water were analyzed to assess potential nutrient fluxes associated with the calcite addition and benthic biogeochemical processes.

Alkalinity concentrations from two benthic chambers and the ambient bottom water during an in-situ incubation experiment in July 2025

The dataset contains total alkalinity measurements from water samples collected during a 16-day in-situ incubation experiment in the Baltic Sea (2025-07-12 to 2025-07-29). Samples were collected using an automated glass-syringe sampler deployed within two benthic chambers of a Biogeochemical Observatory (BIGO, Sommer et al., 2009) at 54° 34.432' N, 10° 10.776' E, at 22 m water depth. In one chamber, 29 g of fine calcite powder were added to the bottom water. Seven samples per chamber and from the ambient bottom water were taken to monitor alkalinity changes resulting from calcite dissolution, providing a direct measure of the ocean alkalinity enhancement (OAE)

Neuartige Katalysatoren für AEM-WE Membran-Elektroden-Einheiten, Teilvorhaben: Qualifizierung von Materialien für die Fallbeschichtung

Processed flow discharge data from the Neu Darchau gauging station between 1969 and 2019

The dataset includes processed flow discharge data from Neu Darchau gauging station (Elbe-km 536.4) that provided hydrological information for calculating alkalinity transport potential. The monthly sums were calculated from daily mean discharge measurements from Neu Darchau (station number: 6340110) available from the Global Runoff Data Centre (https://grdc.bafg.de/).

Bottom water chemistry during in-situ incubation experiments on enhanced benthic calcite weathering in July 2025

The data was produced during a 16 day in-situ incubation experiment in the Baltic Sea. In order to assess the potential for enhanced benthic calcite weathering as a ocean alkalinisation and thus negative emissions strategy, a Biogeochemical Observatory (BIGO, Sommer et al., 2009) was deployed at 54° 34.432 N, 10° 10.776 E, at 22 m water depth between 2025-07-12 and 2025-07-29. The BIGO is equipped with two benthic chambers that were lowerd to the sea floor. In chamber two, 29 g of fine calcite powder were added to the bottom water. 7 Samples were taken via an automatted glassyringe sampler from each chamber and the ambient bottom water.

Historical water chemistry monitoring records from multiple stations between 1959 and 2017

Long-term water-chemistry measurements from multiple Elbe River monitoring stations establish a baseline for carbonate-system variability and were used to assess the alkalinity transport potential. The dataset from 1959 to 1977 was digitized from handwritten notes provided by Dr. Mewius (Kempe 1982). The water chemistry data from 1984 to 2017 (e.g., pH, water temperature, and major ions) was obtained from the Fachinformationssystem (FIS) der FGG Elbe (data source: www.fgg-elbe.de, accessed on 2021-02-26).To generate a single river chemistry time series, data from (Zollenspieker (Strom-km 598,7), Geesthacht (Strom-km 585,9), Schnackenburg (Strom-km 474,5), Boizenburg (Strom-km 559,0), Doemitz (Strom-km 505,0), and Hamburg Waterworks (Strom-km ~623,1) were used. Saturation state of calcite and aragonite were calculated using phreeqpython, a Python wrapper of the PhreeqC engine (Vitens 2021) with pH, water temperature, total alkalinity, and major ions as major input, and phreeqc.dat as database for the thermodynamic data (Parkhurst and Appelo 2013).

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