Riesige Mengen des Klimagases Methan sind an den Kontinentalrändern als gefrorene Methanhydrate gebunden. Solche Speicher im Permafrostboden im Nordpolarmeer tauen offenbar schneller auf als bisher angenommen, berichtet eine internationale Forschergruppe um Natalia Schachowa von der University of Alaska in Fairbanks im Fachjournal Science in der Ausgabe vom 5. März 2010. Mit etwa 5000 Messreihen, aufwändig auf Eisbrecherfahrten im Nordpolarmeer zwischen den Jahren 2003 und 2008 durchgeführt, belegen die Forscher die alarmierende Zunahme der Methanemissionen. So gelangten jährlich vom Festlandsockel im Arktischen Meer vor der Küste Sibiriens etwa 7,7 Millionen Tonnen Methangas in die Atmosphäre.
Das Projekt "M3: Zukunftweisendes Sonar-Monitoring von klimaschädlichem Methan an Gasemissionen des Meeresbodens - Ein Beitrag zum Verständnis globalen Wandels, Phase 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für marine Umweltwissenschaften durchgeführt. Methan wirkt als starkes Treibhausgas, wenn es in die Atmosphäre gelangt. Während Methanemissionen der Landmassen für Messungen leicht realisierbar sind, sind submarine Methanquellen der Ozeane weiterhin nur schwer zugänglich. Notwendige kontinuierliche Methan-Messungen zur Erfassung einer möglichen Methanfreisetzung aus Methanhydraten im Zuge einer Erwärmung der Ozeane sind nur schwer zu realisieren. Aufgrund der Abhängigkeit von elektrischer Energiezufuhr sind nur kurzfristige Momentaufnahmen von Methanemissionen möglich gewesen, und langfristige Messungen der Methanaustritte sind von einer kontinuierlichen Stromversorgung abhängig. Seit 2017 ist es dem MARUM im Rahmen des vom BMBF geförderten M3-Projekts gelungen Sonarsysteme erfolgreich zu entwickeln und in das von der NSF-finanzierte Tiefseekabelnetzwerk der Ocean Observatories Initative (OOI) testweise einzubinden, um langfristige Methan-Emissionsmessungen auf dem südlichen Hydratrücken zu ermöglichen. Zusätzlich zu den Sonarsystemen wurden eine Kamera zur Ereignis-gesteuerten Momentbeobachtung und eine CTD-Sonde für die Messung hydrographischer Parameter installiert, um das Monitoring zu ergänzen. In der hier beantragten Phase 2 des M3-Projekts werden die technologischen Entwicklungen der Phase 1 genutzt, optimiert und eingesetzt, um eine Überwachung und wissenschaftliche Auswertung der Gasemissionen über einen Zeitraum von 3 Jahren zu gewährleisten. Die vorgeschlagenen Untersuchungen des M3-Projektes treiben die technologischen Innovationen voran und binden sich ein in ein weltweit einmaliges Vorhaben die Veränderungen in der Tiefsee mittels verkabelter Observatorien in Echtzeit zu beobachten. Der Hydratrücken nordwestlich der USA ist eine Schlüsselregion, in der Veränderungen von Methanaustritten untersucht werden.
Das Projekt "M3: Zukunftsweisendes Sonar-Monitoring von klimaschädlichem Methan an Gasemissionen des Meeresbodens - Ein Beitrag zum Verständnis globalen Wandels" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für marine Umweltwissenschaften durchgeführt. 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.
Das Projekt "Teilprojekt 3: Erdgasproduktion aus Gashydraten; Vorhaben: Effektive Sandkontrolle in Gashydratlagerstätten und Welltesting - TUBAF FT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Fakultät für Geowissenschaften, Geotechnik und Bergbau, Institut für Bohrtechnik und Fluidbergbau, Arbeitsgruppe Geoströmungs-, Förder- und Speichertechnik durchgeführt. In Teilprojekt 3: Erdgasproduktion aus Gashydraten, sollen Erschließungs- und Produktionstechniken für marine Gashydratlagerstätten entwickelt werden. Dies soll am konkreten Beispiel der Gashydratvorkommen im Donau-Tiefseefächer erfolgen, da die in der 3. Projektphase geplanten Entwicklungen zum einen konkrete Spezifikationen der Gegebenheiten einer Lagerstätte erfordern und zum anderen der Donau-Tiefseefächer als Zielgebiet für den Feldtest im Rahmen eines Europäischen Projekts im Anschluss an die 3. Projektphase angedacht ist. Es soll gezeigt werden, dass die Erdgasgewinnung aus diesen Gashydrat-Lagerstätten nicht nur technisch machbar sondern auch wirtschaftlich umsetzbar ist. Das Teilprojekt gliedert sich in drei Arbeitspakete: AP1, AP2 und AP3. Das AP2.1a beschäftigt sich mit der Erstellung von technischen Konzepten für Sandkontrollmaßnahmen. Ziel sollte es dabei vordringlich sein, neue praxisorientierte Systeme zu entwickeln, die eine kommerzielle Anwendung der Sandkontrolle beim Gashydrat ermöglichen. In AP2.1b wird gezielt ein optimales und geeignetes Förderhilfsmittel unter unterschiedlichen Bedingungen ausgesucht. In AP3.1 werden Welltest Modelle ermittelt und erweitert und letztendlich eine Auswertungssoftware entwickelt. In AP3.2 werden Wirtschaftlichkeitsberechnung zum Produktionsszenario durchgeführt.
Das Projekt "Teilprojekt 3: Erdgasproduktion aus Gashydraten; Vorhaben: Prüfanlage zur Analyse geomechanischer Prozesse bei der industriellen Entnahme von Methanhydraten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von APS Antriebs-, Prüf- und Steuertechnik GmbH durchgeführt. Prinzipielles Ziel ist die Entwicklung eines Triaxialsystems zur Analyse von Gashydratkernen unter in situ Bedingungen mittels hochauflösender Mikro-CT. Mit diesem System wird es erstmals möglich sein, Proben unter hohem Druck (hier 400 bar), Reservoir-Temperaturen (hier 0°C) im Mikrometerbereich zu analysieren. Im ersten Schritt des Projektes wird die prinzipielle Auslegung des Systems festgelegt. Dazu gehören die Dimensionierung der mechanischen, elektromechanischen und hydraulischen Komponenten, die Anpassung des innenliegenden Injektionssystems, als auch die daraus resultierende Konstruktion des CT-Systems. In diesen Zeitraum fällt auch die Entwicklung der Composite-Zelle, des Transfersystems (Corsyde), des Injektionssystems und der neuartigen CO2-Gas-/Fluidpumpe. Zu Beginn des Projektes sind CT-Testmessungen und Simulationen an Proben geplant, die eine ähnliche Struktur/Chemismus haben wie ein Hydratsystem, z.B. Sand/Eiswassergemische, um die prinzipielle Auslegung von Röntgenquelle und -detektor zu ermitteln. Aufgrund dieser Versuche und Simulationen wird das Setup und Design der Anlage in Abhängigkeit von den vorgegebenen Dimensionen des Triaxialsystems ermittelt. Anschließend muss ein Zeitraum von 4-8 Monaten für die Lieferung der Röntgenquelle und des Detektors eingeplant werden, in dem auch die Kinematik zur Führung des CT-Systems geplant und konstruiert wird. Nach der Planung der Gesamtkonstruktion des Triaxialsystems fällt eine mehrmonatige Phase der Fertigung der Einzelkomponenten an, an die eine je 4 wöchige Montage- und Testphase angeschlossen. In der Optimierungsphase werden die einzelnen Komponenten auf die speziellen Anforderungen in diesem Projekt angepasst. Die mögliche Dekomposition der Probe während des Versuchsablaufs erfordert eine Optimierung von mechanischen und elektromechanischen Komponenten, der Steuerungssoftware als auch des CT-Systems. Diese Phase wird in enger Kooperation mit dem GEOMAR durchgeführt.
Das Projekt "Teilprojekt 4: Technologien und Strategien zur Umweltüberwachung; Vorhaben: Umweltbeobachtungssystem-COUBS" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kongsberg Maritime Contros GmbH durchgeführt. Ziel von Teilprojekt 4 im Rahmen von SUGAR-III ist die Entwicklung und der Test von Technologien und Strategien zur Umweltüberwachung für Gashydratexplorationsbohrungen und Gashydratförderung. Hierzu gehören einerseits schiffsbasierte Methoden (fächerecholotgestützte Gasblasenerkennung, kamerageführte CTD) als auch stationäre Messsysteme zur Leckagefrüherkennung und Leckagequantifizierung. CONTROS ist im Rahmen von TP4 federführend an der Anpassung der kamerageführten CTD, der Optimierung der CO2 und CH4 Sensoren, der Entwicklung eines Sensorsystems zur Überwachung der Fördereinrichtungen am Meeresboden und dem Aufbau eines stationären System zur Quantifizierung von Gasaustrittstellen beteiligt. Außerdem wird CONTROS eine Software aufbauen, die in der Lage sein wird, alle Sensordaten aller umweltrelevanten Sensoren aufzunehmen und in einer Datenbank abzulegen. Gleichzeitig werden die Daten online ausgewertet um eventuelle Leckageverdachtsstellen, basierend auf Daten aus der fächerecholotbasierten Blasenerkennung, in Echtzeit anzeigen und, basierend auf eventuell bereits existierenden historischen Daten, als bereits identifiziert einordnen zu können. Eine nachträgliche Analyse der Daten (zum Beispiel nach Bergung des Landersystems und Einspeisung der Daten in die Software) ist ebenfalls Bestandteils des Programms. Im Rahmen von COUBS werden zwei Arbeitspakete (AP 2-1 & AP 3-1) von Anfang bis Ende Parallel bearbeitet, da diese inhaltlich voneinander nicht abhängen. Auch die Entwicklung der Sensorpakete und des Landers (inklusive Messkette) sind nicht primär mit der Entwicklung Optimierung der pCO2 und CH4-Sensoren verknüpft da hier im Zweifelsfall die bereits bestehenden Sensoren verwendet werden können um die Systeme zumindest technisch aufzubauen und die jeweilige Firmware zu entwickeln.
Das Projekt "SO 241 - MAKS: Magmatisch-induzierter Kohlenstoffaustritt aus marinen Sedimenten als Klimaeinfluss - Guayamas Becken, Golf von Kalifornien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR) durchgeführt. In der geologischen Vergangenheit kam es immer wieder zum Austritt großer Mengen Kohlenstoffes aus dem Erdsystem hinein in die Atmosphäre. So hat zum Beispiel der Austritt von etwa 2000 Gt Kohlenstoff während des Paleozän-Eozän-Thermischen Maximums (PETM) dazu geführt, dass sich das globale Klima um etwa 8 Grad Celsius im Laufe von wenigen zehntausend Jahren erwärmt hat. Um robuste Modelle für die weitere Entwicklung des Erdklimas zu erstellen, ist es von grundlegender Bedeutung herauszufinden, welche Prozesse diesen Kohlenstoffaustritt hervorgerufen haben. Hierzu möchten wir mit dem Forschungsschiff Sonne während einer 31-tägigen Reise die weltweit einzig bekannte Gegend untersuchen, in der magmatische Ganggesteine in Riftsedimente eindringen, die reich an organischem Material sind. Dies ist im Guaymas Becken im Golf von Kalifornien der Fall. Wir schlagen vor, die hier auftretenden Gänge dreidimensional zu kartieren, um ihre Größe und Mächtigkeit zu bestimmen und zu analysieren, wie der Kohlenstoff zum Meeresboden gelangt. Ferner wollen wir geochemisch untersuchen, wieviel Kohlenstoff in Abhängigkeit vom Ganggesteinsvolumen austritt. Hinzukommend wollen wir abschätzen, wie lange der Kohlenstoff hier schon austritt und inwieweit, z.B. aufgrund von Hydrothermalsystemen, sich das Guaymas Becken als analog für den Nordostatlantik zur Zeit des Paleozän-Eozän-Thermischen Maximums eignet. Die Arbeiten können ideal in die zweite Phase des Ozean der Zukunft Exzellenzclusters eingebunden werden und in Zusammenarbeit mit drei internationalen Partnern durchgeführt. Über die Grundlagenforschung-Aspekte hinaus erwarten wir uns einen weitreichenden Erkenntnisgewinn, welche Folgen das Eindringen magmatischer Gänge auf das Petroleumpotential von Sedimentbecken hat. Durch dreidimensionale seismische Kartierung und Sedimentbeprobung soll das Kohlenstoffsystem während einer FS Sonne Reise untersucht werden.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Geophysikalische Exploration und Datenauswertung; Vorhaben: Seismische Charakterisierung submariner Gashydrate durch Wellenforminversion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Geophysikalisches Institut durchgeführt. Die Wellenforminversion (engl. Full-Waveform-Inversion, FWI) ist eine neue Technologie, die den vollständigen Informationsgehalt seismischer Registrierungen nutzen kann. Es können mit dieser Technologie hochaufgelöste Multiparametermodelle der viskoelastischen Kenngrößen der durchschalten Sedimente rekonstruiert werden. Die am KIT erfolgreich erprobte FWI-Technologie wird im Rahmen von SUGAR auf die OBS-Daten der Ausfahrten MSM34&35 zur Charakterisierung der Gashydrate im SUGAR Feldlabor Donaudelta angewendet werden. Zur Generierung der Startmodelle und Randbedingungen für die FWI werden die Joint-Inversion von CSEM und Seismik sowie die Strukturmodelle der Reflexionsseismik einbezogen. Es kommen verschiedene FWI-Methoden mit zunehmender Komplexität zum Einsatz: a) die 2-D akustische FWI, b) die 2-D elastische FWI, c) die 2-D viskoelastische FWI und d) die 3-D akustische FWI. Das Potential einer kombinierten Inversion von P-Cable und OBS-Daten wird studiert und ggf. realisiert. Die mit der FWI rekonstruierten Multiparametermodelle der Wellengeschwindigkeiten von P- und S-Wellen, der Dämpfung sowie ggf. der Dichte ermöglichen eine weitergehende Reservoircharakterisierung, wie zum Beispiel die Abschätzung des Gasgehaltes sowie der Hydratsättigung im Bereich des BSSR. Die hochaufgelösten Geschwindigkeitsmodelle verbessern außerdem die Abbildung der sedimentären Strukturen im Messgebiet.
Das Projekt "Teilprojekt 4: Technologien und Strategien zur Umweltüberwachung; Vorhaben: Sonargestützte Unterwasserdetektion von Gasblasen - SOUNDING" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kongsberg Maritime Embient GmbH durchgeführt. Sonarsysteme sind eine wichtige Komponente von Umweltbeobachtungssystemen im Unterwasserbereich, die darauf abzielen, mögliche Leckagen bei der Erschließung und Förderung submariner Hydratlagerstätten frühzeitig und flächendeckend zu detektieren und Leckageraten zu quantifizieren. Mit Hilfe von schiffsgestützten Echolotsystemen können Gasblasen-Austritte am Meeresboden großflächig und effiziert lokalisiert und detektiert sowie durch eine optimierte Auswertung identifiziert und quantifiziert werden. Im Rahmen von Teilprojekt 4 des Sugar III-Projektes (Technologien und Strategien zur Umweltüberwachung) soll eine Routine zur automatischen Gasblasen-Detektion entwickelt werden, bei der Algorithmen für die Blasenbestimmung optimiert und in generisch nutzbare Funktionen überführt werden sollen. An hydroakustisch lokalisierten Austrittsstellen sowie an 'Schwachstellen' wie z.B. der Förderbohrung, sollen stationäre Überwachungssysteme permanent oder zumindest für einen bestimmten Zeitraum installiert werden, bei denen ein horizontal ausgerichtetes Echolot eine wichtige Komponente darstellt. Auch für diesen lander-basierten Teil soll die Auswertung der Sonaraten zur Detektion und Identifizierung von Gasblasen und zur Abschätzung der Leckageraten optimiert werden. Schließlich soll eine 'Subsea-Intelligence' entwickelt werden, die sowohl das schiffsgestützte als auch das lander-basierte System in die Lage versetzt, autonom Gasaustritte als Leckagen zu identifizieren und von anderen Objekten in der Wassersäule fehlerfrei zu unterscheiden. Die einzelnen Komponenten sollen im Rahmen des Teilprojektes möglichst zeitnah getestet und ggfs. weiter optimiert werden, so dass sie letztlich in das gesamte Umweltüberwachungssystem integriert und als komplette Applikation getestet werden können.
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