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Multi-disciplinary Comparison of Fluid Venting from Gas Hydrate Systems on the Mediterranean and Brazilian Continental Margins over Glacial-Interglacial Timescales

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Die Forschung bietet eine neue Perspektive auf die Stabilität gefrorener Wasser-Gas-Verbindungen in der Tiefsee

Die Dissoziation gefrorener Ablagerungen von unterseeischen Gashydraten kann gasreiche Flüssigkeiten freisetzen und Sedimente destabilisieren, was zu großen unterseeischen Erdrutschen führt. Eine Vergleichsstudie der Ränder des Mittelmeers und des brasilianischen Ozeans hilft Forschenden, besser zu verstehen, wie die Stabilität dieser eisartigen Ablagerungen gesteuert wird.

Grundlagenforschung

Gashydrate sind eisartige Feststoffe, die aus Gasmolekülen (hauptsächlich Methan) in Wassereiskäfigen bestehen und bei hohem Druck sowie niedriger Temperatur stabil sind. In der Natur kommen sie entlang der Meeresränder in Wassertiefen von mehr als 500 m vor und bilden das weltweit größte Reservat an organischem Kohlenstoff. Es bleiben viele Fragen offen, wie die Stabilität dieser gefrorenen Gasablagerungen im Laufe der Zeit gesteuert wird. „Es ist wichtig, die Steuerung der Gashydratstabilität besser zu verstehen, um ihre Beiträge zum globalen Klimawandel, zur regionalen Stabilität des Meeresbodens und zu nationalen Energiestrategien zu berücksichtigen“, erklärt Daniel Praeg, Koordinator des im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanzierten Projekts SEAGAS. SEAGAS ist das erste Projekt, das eine Vergleichsanalyse des Vorkommens von Gashydraten an den Meeresrändern durchführt, bei denen unterschiedliche klimatische Faktoren aufgetreten sind: im Mittelmeer und im Südatlantik. Das Projekt verwendete Vorhersagemodelle zur Stabilität von Gashydraten, um Beobachtungen anhand geophysikalischer, geologischer, geochemischer und geothermischer Datensätze zu leiten, die den französischen und brasilianischen Projektpartnern zur Verfügung stehen. Die Ergebnisse liefern neue Einblicke in die Dynamik von Gashydraten in Bezug auf den Flüssigkeitsaustritt aus dem Meeresboden.

Stabilität von Gashydraten in Bezug auf die Aufwärtsströmung von Flüssigkeiten

Das Projekt SEAGAS lieferte überzeugende Beweise dafür, dass die Stabilität von Gashydraten durch die Aufwärtsströmung von Flüssigkeiten in dicken Sedimentablagerungen an Kontinentalrändern beeinflusst wird. Es untersuchte Gashydratprovinzen in drei großen Sedimentbecken: den Tiefseefächern des Nils und des Amazonas sowie des Rio-Grande-Kegels vor der Küste Südbrasiliens. Alle diese Sedimentbecken unterliegen einem Gravitationskollaps über tiefen Schieferablösungen, was zu einer synsedimentären Tektonik führt. „Wir haben festgestellt, dass die Aufwärtsströmung von Flüssigkeiten durch tektonische Strukturen einen deutlichen Einfluss auf die Stabilität des Gashydrats und die Flüssigkeitsentlüftung in allen drei Sedimentbecken hat. Durch die Wärmeübertragung wird das Fundament der Stabilitätszone über weite Bereiche „angehoben“, während eine schnelle Hydratbildung als Reaktion auf die verbesserte Gaszufuhr die Bildung von schornsteinartigen Flüssigkeitsentlüftungen erklären kann. Unsere Ergebnisse veranlassten uns, ein Modell der von unten ausgehenden Hydratdynamik vorzuschlagen, bei dem eine Zunahme der Aufwärtsströmung von Flüssigkeiten (z. B. während Fehlerbewegungen) zu einer Verringerung der Stabilität hydratreicher Sedimente von unten führt. Das verringert wiederum die Festigkeit unterirdischer Sedimente, was zur Entstehung riesiger unterseeischer Erdrutsche führen könnte“, erklärt Praeg. Ein besonders relevantes Beispiel ist das des Amazonas-Fächers, bei dem der Aufwärtsfluss gasreicher Flüssigkeiten räumlich mit darunter liegenden Schubfehlern verbunden ist. „Das vorgeschlagene Modell der von unten ausgehenden Dynamik steht im Gegensatz zu der herkömmlichen Perspektive von oben nach unten, welche die Stabilität von Gashydraten mit klimabedingten Änderungen des Meeresspiegels und der Meerestemperaturen in Verbindung bringt“, fügt Praeg hinzu.

Nächste Vorgehensweise

Die Ergebnisse des Projekts SEAGAS wurden in Präsentationen auf Konferenzen in Europa, Brasilien und den USA sowie in verschiedenen Veröffentlichungen, einschließlich Artikeln in von Sachverständigen begutachteten wissenschaftlichen Fachzeitschriften, verbreitet. Das Projekt führte auch zu erfolgreichen Vorhaben für drei von Frankreich geführten ozeanografischen Kampagnen am Amazonas- und Nil-Ufer, die ab 2021 stattfinden werden. Diese Initiativen werden europäische und brasilianische Forschende einbeziehen, um das vom Projekt SEAGAS vorgeschlagene Modell zu testen und gleichzeitig die weitere Forschungszusammenarbeit in einem Bereich von strategischem Interesse für den europäischen Forschungsraum zu fördern.

Schlüsselbegriffe

SEAGAS, Gashydrat, Sediment, Kontinentalrand, Amazonas, Gashydrat-Sedimentbecken, Nil, Gashydrat-Stabilitätszone

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