Geothermische Fluide unter überkritischen Bedingungen
Eine genaue Berechnung der thermodynamischen Eigenschaften wässriger gelöster Substanzen ist eine Voraussetzung für die Vorhersage der Folgen von Wechselwirkungen zwischen Fluid und Gestein. Die von Helgeson, Kirkham und Flowers vorgeschlagenen Zustandsgleichungen – die im Allgemeinen als das HKF-Modell bekannt sind – können auf Temperaturen bis zu 600 °C und Drücke bis zu 4 Kilobar angewendet werden. Vergleiche der für wässrige Elektrolyten vorhergesagten Werte mit den Versuchsdaten ergaben jedoch Unstimmigkeiten. Die Prognosen beobachtbarer thermodynamischer Eigenschaften sind zu großflächig, da sich Temperatur und Druck dem kritischen Punkt von Wasser annähern. Ziel des EU-finanzierten Projekts FLUIDEQ (A new equation of state for solutes in high-temperature fluids) war die Überarbeitung des HKF-Modells. Zu diesem Zweck übernahmen die Wissenschaftler einen Ansatz der statistischen Mechanik in die Entwicklung des theoretischen Rahmens, der Prozesse auf molekularer Ebene mit den makroskopischen thermodynamischen Eigenschaften verbindet. Die gewonnenen Einsichten können zudem die Grundlage für die Entwicklung einer neuen Zustandsgleichung bilden, welche die gegenwärtig unzugänglichen Bedingungen abdeckt. Insbesondere wurden umfassende Simulationen an wässrigen Elektrolyt- und Nichtelektrolytlösungen unter den Bedingungen nahe dem kritischen Punkt von Wasser durchgeführt. Die Wissenschaftler kombinierten die Resultate mit den Versuchsdaten zu thermodynamischen Eigenschaften verschiedener gelöster Substanzen sowie Strukturparametern (z. B. partielle molare Volumina der Lösungen). Soll Verständnis für die geothermische Fluidchemie und den Transport entwickelt werden, müssen Wissenslücken gefüllt werden. Zustandsgleichungen beschreiben hier das hydrothermale System. Geochemische Modelle können aus den Werten der thermodynamischen Parameter für verschiedene Mineralien und Fluidarten abgeleitet werden. Das FLUIDEQ-Projekt hat einige der größten Hürden, die eine derart umfassende Modellierung von geothermischen Systemen hemmen, aus dem Wege geräumt.
Schlüsselbegriffe
geothermisch, überkritische Bedingungen, Fluid-Gesteins-Wechselwirkungen, wässrige gelöste Substanzen, wässrige gelöste Stoffe, HKF-Modell, FLUIDEQ