Wir schlagen vor, IODP/ODP-Daten einzusetzen, um numerische Modelle für die Entstehung von Gashydraten in marinen Sedimenten zu kalibrieren. Wir möchten dabei besonders untersuchten, was mit dem Methangas geschieht, das entsteht wenn Gashydrate begraben und unterhalb der Stabilitätszone zersetzt werden. Dieses Gas kann entweder in die Stabilitätszone aufsteigen, um dort neues Hydrat zu bilden oder gemeinsam mit dem Sediment begraben werden. Wenn das Gas in die Stabilitätszone zurückfließt, kann dort sehr viel Hydrat akkumulieren. Ohne diese Rückführung liegt die Hydratsättigung im Porenraum dagegen in der Regel bei kleiner als 1 Prozent . In den Modellen, die bisher genutzt wurden, um die Hydratmenge im globalen Ozean abzuschätzen wurde angenommen, dass das Gas begraben und nicht zurückgeführt wird. Die tatsächliche Hydratmenge könnte sehr viel größer sein als bisher vermutet, falls die Gasrückführung ein weitverbreitetes Phänomen ist. Der Rolle der Gashydrate im Klimasystem und ihr Potential als fossiler Energieträger wären dann größer als bisher vermutet.
Submarine Hangrutschungen stellen ein bedeutendes Risiko für Offshore-Infrastrukturen und Küstengebiete dar, da sie zum Beispiel gefährliche Tsunamis auslösen können, wie der Storegga Slide vor der Küste Norwegens. Neben anderen Präkonditionierung für Hangrutschungen, wie steile Hangneigung oder Überdruck in den Porenräumen der Sedimente verursach im Zusammenhang mit Eiszeiten, wurde die Auflösung von Gashydraten in vielen Studien diskutiert. Die weltweite räumliche Überscheidungen von submarinen Hangrutschungen und Gashydratvorkommen hat zu der Hypothese geführt, dass die Auflösung von Gashydraten in Zeiten von Meeresspiegelsenkung oder Erderwärmung eine Hangrutschung auslösen kann. Dieser Prozess entfernt die zementierenden Gasyhdrate aus den Porenräumen und das frei werdende Gas verursacht zusätzlichen Überdruck . Obwohl Studien mithilfe von numerischen Modellierungen gezeigt haben, dass diese Hypothese realistisch ist, konnte die Forschung keine geologischen oder geophysikalischen Beweise dafür finden, dass dieser Prozess wirklich eine Hangrutschung ausgelöst hat. Außerdem zeigen verschiedene Studien, dass viele submarine Hangrutschungen retrogressiv sind und auf dem mittleren bis unteren Kontinentalhang ausgelöst werden. Diese Beobachtung lässt vermuten, dass andere Prozesse die Rutschungen auslösen. Davon abgesehen gibt es keinen Zweifel, dass Gashydrate die geotechnischen Eigenschaften von Sedimenten stark beeinflussen. Daher ist es wichtig ihren Einfluss auf die Hangstabilität weiter zu untersuchen und neue Hypothesen zu testen. Das übergeordnete wissenschaftliche Ziel dieses Antrags ist es, (1) die globale Relevanz von Gashydratgefüllten Rissen für Hangstabilität zu ergründen und (2) den Einfluss von Scherfestigkeitsvariationen auf Störungsverläufe und Stressmerkmale, wie z.B. Bohrlochausbrüche, zu verstehen. Bis jetzt war es nicht möglich gewesen, den Zusammenhang zwischen Gashydraten und Hangstabilität herzustellen, da ein umfangreicher Datensatz aus geotechnischen, geologischen und geophysikalischen Daten aus einem Gebiet mit Gashydrate verursachten Rutschungen nicht verfügbar war. Die IODP Expedition 372 hat dies geändert. Uns stehen jetzt Logging-While-Drilling Daten und Sedimentkerne von dieser Expedition zur Verfügung, genauso wie ein hochauflösender 3D Seismik Datensatz, der mit dem GEOMAR P-Cable System im Jahre 2014 aufgezeichnet wurde. Diese Daten im Zusammenhang mit einer Scherzelle für Gashydrathaltige Sedimente auf dem neusten Stand der Technik am GEOMAR, die es erlaubt die Deformation der Probe live mit einem 4D X-ray CT zu beobachten, wird es uns ermöglichen, einen Entscheidenden Schritt vorwärts in der Gashydrat- und Hangstabilitätsforschung zu machen.
Das International Ocean Discovery Program (IODP) ist ein zehnjähriges globales Vorhaben zur Erkundung der Bereiche unter den Meeresböden durch Tiefbohrungen. Es hat im Oktober 2013 begonnen und baut auf früheren wissenschaftlichen Ozean-Bohrprogrammen, namentlich dem Deep Sea Drilling Project (DSDP, 1968 - 83), dem Ocean Drilling Program (ODP, 1983 - 2003) und dem Integrated Ocean Drilling Program (IODP, 2003 - 2013), auf. Die wissenschaftlichen Ziele des neuen Bohrprogramms sind im Wissenschaftsplan "Illuminating Earth‘s Past Present and Future" zusammengefasst. Darin sind vier Forschungsschwerpunkte festgelegt, die ihrerseits in insgesamt 14 verschiedene wissenschaftliche "Herausforderungen" unterteilt sind:1) "Climate and Ocean Change": Eine der wichtigsten wissenschaftlichen Herausforderungen ist es unser Verständnis für Änderungsraten und Ursachen globaler Klimaereignisse sowie deren Folgen zu verbessern. Die Erbohrung und Untersuchung von hochauflösenden Paläoklima-Archiven aus der Tiefsee erlauben Klimaänderungen und deren Rahmenbedingungen besser zu fassen und als Analogmodelle für den aktuellen Klimawandel sowie als Grundlage für numerische Modelle zur Vorhersage zukünftige Kimaänderungen heranzuziehen.2) "Biosphere Frontiers": Eine weitere Herausforderung ist die Erforschung von Leben tief unterhalb des Meeresbodens, wo Mikroben isoliert von der photosynthetischen Welt an den Grenzbereichen theoretisch möglicher Lebensräume existieren. Die Erforschung dieser extremen Lebensräume erlaubt unter anderem Rückschlüsse auf die Entstehung des Lebens auf der Erde, da zu dieser Zeit ähnlich extreme Bedingungen herrschten. Eine weitere wichtige Herausforderung im Rahmen dieses Schwerpunktes ist die Beziehung zwischen Biodiversität und schnellen Umweltveränderungen. Ihre Erforschung ermöglicht Vorhersagen, wie der derzeitige Umweltwandel die marine Biodiversität und die marinen Ökosysteme beeinflussen könnte.3) "Earth Connections": In diesem Schwerpunkt wird auf die geochemischen Austauschprozesse zwischen der festen Erde, den Ozeanen und der Atmosphäre fokussiert. Eine wichtige Herausforderung sind Bohrungen in den Erdmantel. Dieses größte geochemische Reservoir der Erde ist immer noch weitgehend unerforscht. Weitere Herausforderungen sind unter anderem ein besseres Verständnis für die Produktion ozeanischer Kruste sowie die involvierten Alterationsprozesse voran zu treiben.4) "Earth in Motion": Dieser Schwerpunkt fokussiert auf kurzfristige geodynamische Prozesse von unmittelbarer gesellschaftlicher Relevanz. Hierunter fallen z.B. Prozesse im Zusammenhang mit Erdbeben, Erdrutschen und Tsunamis. Ebenfalls unter diesen Schwerpunkt fallen Herausforderungen wie ein Verständnis für die Bildung und Stabilität von Gashydraten und das Potential für die Sequestierung großer Mengen Kohlendioxid in Gesteinen der Tiefsee sowie die Installation von Bohrlochobservatorien.
Das International Ocean Discovery Program (IODP) ist ein zehnjähriges globales Vorhaben zur Erkundung der Bereiche unter den Meeresböden durch Tiefbohrungen. Es hat im Oktober 2013 begonnen und baut auf früheren wissenschaftlichen Ozean-Bohrprogrammen, namentlich dem Deep Sea Drilling Project (DSDP, 1968 - 83), dem Ocean Drilling Program (ODP, 1983 - 2003) und dem Integrated Ocean Drilling Program (IODP, 2003 - 2013), auf. Die wissenschaftlichen Ziele des neuen Bohrprogramms sind im Wissenschaftsplan 'Illuminating Earth's Past Present and Future' zusammengefasst. Darin sind vier Forschungsschwerpunkte festgelegt, die ihrerseits in insgesamt 14 verschiedene wissenschaftliche 'Herausforderungen' unterteilt sind:1) 'Climate and Ocean Change': Eine der wichtigsten wissenschaftlichen Herausforderungen ist es unser Verständnis für Änderungsraten und Ursachen globaler Klimaereignisse sowie deren Folgen zu verbessern. Die Erbohrung und Untersuchung von hochauflösenden Paläoklima-Archiven aus der Tiefsee erlauben Klimaänderungen und deren Rahmenbedingungen besser zu fassen und als Analogmodelle für den aktuellen Klimawandel sowie als Grundlage für numerische Modelle zur Vorhersage zukünftige Kimaänderungen heranzuziehen.2) 'Biosphere Frontiers': Eine weitere Herausforderung ist die Erforschung von Leben tief unterhalb des Meeresbodens, wo Mikroben isoliert von der photosynthetischen Welt an den Grenzbereichen theoretisch möglicher Lebensräume existieren. Die Erforschung dieser extremen Lebensräume erlaubt unter anderem Rückschlüsse auf die Entstehung des Lebens auf der Erde, da zu dieser Zeit ähnlich extreme Bedingungen herrschten. Eine weitere wichtige Herausforderung im Rahmen dieses Schwerpunktes ist die Beziehung zwischen Biodiversität und schnellen Umweltveränderungen. Ihre Erforschung ermöglicht Vorhersagen, wie der derzeitige Umweltwandel die marine Biodiversität und die marinen Ökosysteme beeinflussen könnte.3) 'Earth Connections': In diesem Schwerpunkt wird auf die geochemischen Austauschprozesse zwischen der festen Erde, den Ozeanen und der Atmosphäre fokussiert. Eine wichtige Herausforderung sind Bohrungen in den Erdmantel. Dieses größte geochemische Reservoir der Erde ist immer noch weitgehend unerforscht. Weitere Herausforderungen sind unter anderem ein besseres Verständnis für die Produktion ozeanischer Kruste sowie die involvierten Alterationsprozesse voran zu treiben.4) 'Earth in Motion': Dieser Schwerpunkt fokussiert auf kurzfristige geodynamische Prozesse von unmittelbarer gesellschaftlicher Relevanz. Hierunter fallen z.B. Prozesse im Zusammenhang mit Erdbeben, Erdrutschen und Tsunamis. Ebenfalls unter diesen Schwerpunkt fallen Herausforderungen wie ein Verständnis für die Bildung und Stabilität von Gashydraten und das Potential für die Sequestierung großer Mengen Kohlendioxid in Gesteinen der Tiefsee sowie die Installation von Bohrlochobservatorien.
Während der IODP Expeditionen 372 und 375 wurden die Ursachen und Auswirkungen von 'Slow Slip' Erdbeben sowie große untermeerische Hangrutsche und assoziierte Gashydrate vor der Nordinsel Neuseeland untersucht. Sedimente bis in die Kreide welche eingeschaltete Tephralagen vom Miozän bis Holozän enthalten wurden erbohrt und beprobt. Die Bohrlokationen befinden sich im Pazifik, ca. 250 km in der Windrichtung der vulkanischen Taupo Zone (TVZ), einer der größten und am häufigsten aktiven silizischen Zentren der Welt, und befinden sich auch nahe der Coromandel Vulkanfront (CVZ) einem spärlich untersuchten Neogenen vulkanischen Inselbogen. Die Tephreninventare dieser intermediär entfernten Bohrlokationen stellen das fehlende Glied zwischen den proximalen Land- und sehr distalen ODP-Aufschlüssen dar, um eine nahezu komplette Eruptionshistorie für den Neuseeländischen explosiven Vulkanismus vom Miozän bis Holozän zu etablieren. Deshalb liegt der Fokus dieses Projektes auf den vulkanischen Produkten Neogener und Quartärer neuseeländischer explosiven Eruptionen. Tephraablagerungen der Expeditionen 372&375, ergänzt durch terrestrische Abalgerungen und Tephren in älteren und distaleren ODP Bohrlokationen ergeben die einmalige Gelegenheit die Geschichte des hochexplosiven Vulkanismuses beider Inselbogensysteme sowie ihrer Spuren in den marinen Sedimente über eine Zeitspanne von mindestens 12 Ma zu untersuchen und zu vergleichen. Um quantitative und qualitative Aussagen über die Herkunft und Eruptionsabfolge, einschließlich als Kryptotephren überlieferter kleinere Eruptionen, machen zu können werden geochemische, petrologische, sowie vulkanologische Herangehensweisen und Methoden angewendet. Vor allem die kritische Lücke nicht vorhandener Spurenelement-Zusammensetzungen in terrestrischen Vergleichsproben, als auch distaler mariner Tephren, wird geschlossen werden. Diese Daten werden durch absolute Alterdatierungen unterstützt um die existierenden Altersmodelle zu bestätigen. Stabile Altersmodelle sind wichtig um dann räumliche und zeitliche Veränderungen von Eruptionsprozessen, Magnituden und Frequenzen von großen Vulkaneruptionen beider Vulkansysteme, TVZ und CVZ, zu untersuchen. Schließlich werden die somit gewonnenen Zusammensetzungsdaten und die Eruptionsabfolgen dazu dienen um Fragen hinsichtlich der Widerkehrrate und Zyklizität in beiden Systemen zu beantworten und damit auch das erste Mal überhaupt eine Neogene Zweitserie diesbezüglich heranziehen. Die Daten werden es auch ermöglichen die zeitliche und räumliche Sedimentzusammensetzung am Kontentalhang und der hereinkommenden Platte in Bezug auf den vulkaniklastischen Eintrag hin zu charakterisieren und die Frage beantworten wie diese sich auf mechanische, kohäsive, und hydrogeologische Eigenschaften der Sedimente auswirken. Zusätzlich ermöglichen die Sedimentgeochemie und der Tephralagen, intakte gerutschte Sedimentblöcke wieder in ihre ursprüngliche stratigraphische Abfolge zurückzuordnen.
Methan wirkt als starkes Treibhausgas, wenn es in die Atmosphäre gelangt. In den vergangenen Jahren wurden an vielen Kontinentalrändern weltweit submarine Methanquellen am Meeresboden mit Methanhydratabbau in den Sedimenten aufgrund von Temperaturerhöhungen in Zusammenhang gebracht. Ziel des Vorhabens ist es, das Wechselspiel von Gasblasenaustritten und Vorkommen von Gashydraten in einer Schlüsselregion, dem Hydratrücken nordwestlich der USA zu verstehen und die Menge an austretenden Gas zu bestimmen. Dazu sollen Sonar-Systeme sowie eine Kamera und eine CTD (Messung von Temperatur, Salzgehalt, Sauerstoff) am Meeresboden installiert und an das NSF finanzierte Tiefseekabelnetzwerk, der Ocean Observatory Initiative (OOI) angeschlossen werden. Damit sind langfristige Methanemissionsmessungen auf dem südlichen Hydratrücken erstmals möglich und werden hier vorgeschlagen. Gesamtziel des Vorhabens ist es, mittels modernster Sonarsysteme die Veränderungen der Gasblasenaustritte in Echtzeit zu dokumentieren und die Menge an austretenden Methan abzuschätzen. Das Projekt ist eine technologische Innovation und bindet sich ein in ein weltweit einmaliges Vorhaben, die Veränderungen in der Tiefsee mittels verkabelter Observatorien kontinuierlich zu beobachten. Es ist geplant zwei Sonarsysteme am Meeresboden zu installieren, um die Gasblasenaustritte am Hydratrücken kontinuierlich zu registrieren und zu quantifizieren. Die hochwertigen Geräte müssen in Rahmenkonstruktionen integriert und mit elektronischen Zusatzkomponenten für die Einbindung in das OOI Tiefseenetzwerk versehen werden. Die Geräte werden mit Hilfe eines Tauchroboters am Meeresboden installiert und in das Tiefseenetzwerk eingebunden, damit ist die kontinuierliche Messung in Echtzeit möglich. Weiterhin soll eine Visualisierung der Sonardaten in Echtzeit im Internet realisiert werden. Die kontinuierlichen Messungen am Meeresboden werden ergänzt durch Begleituntersuchungen im Rahmen von Schiffsexpeditionen.
Ziele: Das Verbundprojekt SO247 - SLAMZ (Slide activity on the Hikurangi margin, New Zealand) wird in zwei verschiedenen Arbeitsgebieten, zum einen an einem sogenannten Akkretionsrücken und zum anderen in einem Rutschgebiet versuchen, die komplexen Ursachen und Prozesse in Zusammenhang mit tektonischen Bewegungen und dem Vorkommen von Gashydraten als Auslösen für Rutschungen zu klären. Submarine Rutschungen stellen ein erhebliches Gefahrenpotential für küstennahe Siedlungen dar, da sie Auslöser für Flutwellen sein können. Das Teilprojekt des MARUM trägt mit seiner Expertise in Bezug auf die Bohrungen mit dem Meeresbodenbohrgerät MeBo200 und Wärmestromdichtemessungen zum Verbundprojekt bei. Aufgabe der Universität Jena ist es, Sedimentuntersuchungen (Wärmeleitfähigkeit) und numerische Simulationen durchzuführen.
Ziele: Das Verbundprojekt SO247 - SLAMZ (Slide activity on the Hikurangi margin, New Zealand) wird in zwei verschiedenen Arbeitsgebieten, zum einen an einem sogenannten Akkretionsrücken und zum anderen in einem Rutschgebiet versuchen, die komplexen Ursachen und Prozesse in Zusammenhang mit tektonischen Bewegungen und dem Vorkommen von Gashydraten als Auslösen für Rutschungen zu klären. Submarine Rutschungen stellen ein erhebliches Gefahrenpotential für küstennahe Siedlungen dar, da sie Auslöser für Flutwellen sein können. Das Teilprojekt des MARUM trägt mit seiner Expertise in Bezug auf die Bohrungen mit dem Meeresbodenbohrgerät MeBo200 und Wärmestromdichtemessungen zum Verbundprojekt bei. Aufgabe der Universität Jena ist es, Sedimentuntersuchungen (Wärmeleitfähigkeit) und numerische Simulationen durchzuführen.
Das GFZ beteiligt sich im Projekt SUGAR-III an TP1 'Geophysikalische Exploration und Datenauswertung' sowieTP3 'Erdgasproduktion aus Gashydraten'. Ein Ziel in TP1 ist die Ausstattung des am GFZ vorhandenen Reservoirsimulators (LARS) mit einer seismischen Tomografie (SWT). LARS ist einer der wenigen großmaßstäblichen (425 l) Druckbehälter, in denen Bildung und Abbau von Gashydraten in Sedimentpaketen simuliert werden können. Mit der seismischen Tomografie kann die Geschwindigkeit von Schallwellen im Raum hochauflösend detektiert werden. Sie ändert sich u.a. in Abhängigkeit vom Gashydratgehalt, wobei die genaue Funktion nur unzureichend bekannt ist. Ziel ist es, die benötigten Parameter zur Klärung des Zusammenhangs zu bestimmen. Dies ist für den Erfolg seismischer Methoden bei Exploration/Exploitation von Gashydraten und in Modellen zur Hydratquantifizierung (Entwicklung in TP1) von großer Bedeutung. Die Ziele in TP3 sind der Bau einer 'mechanical test unit' (MTU) für den Einsatz in LARS und die Bestimmung der Scher- und Zugfestigkeit von hydratführenden Sedimenten mit dieser MTU. Die Kenntnisse dieser mechanischen Eigenschaften sind eine notwendige Voraussetzung für die sichere Erschließung von Gashydraten sowie der sicheren Nutzung der Kontinentalhänge. Im Projekt wird sowohl die SWT als auch die MTU speziell für den Einsatz in die Hochdruckapparatur (LARS) konstruiert, gebaut und getestet, bevor in Anlehnung an die Vorgaben der Projektpartner die Versuche durchgeführt werden.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 133 |
| Europa | 3 |
| Wissenschaft | 100 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 5 |
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 126 |
| Taxon | 1 |
| unbekannt | 12 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 7 |
| Offen | 137 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 105 |
| Englisch | 44 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 7 |
| Datei | 4 |
| Dokument | 1 |
| Keine | 29 |
| Unbekannt | 1 |
| Webseite | 110 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 144 |
| Lebewesen und Lebensräume | 134 |
| Luft | 100 |
| Mensch und Umwelt | 144 |
| Wasser | 125 |
| Weitere | 142 |