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.
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.
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.
The general Pleistocene architecture of the Amazon Fan has been reconstructed using sediment recovered by Ocean Drilling Program Leg 155. Huge regional mass-transport deposits (MTDs) make up a significant component of the Amazon Fan. These deposits each cover an area over 15,000 km**2 (approximately the size of Jamaica), reach a maximum thickness of 200 m, and consist of ~5000 Gt of sediment. Benthic foraminiferal fauna analysis and sedimentology indicate that the MTDs originated on the continental slope, which is at least 200 km laterally and 1500 m above their present position. Each mass-failure event was formed by the catastrophic failure of the continental slope and has been dated and correlated with climate-induced changes in sea level. Studies of the benthic foraminiferal assemblages in the Amazon Fan has been essential to our reconstruction of the origin and cause of these failures. The MTDs contain rare shelf (Quinqueloculina cf. stalkeri, Brizalina aenariensis, Q. lamarckiana, and Pseudononion atlanticum) and dominant upper-middle bathyal species (cassidulinids and buliminids). We conclude that the MTD originated between 200 and 600 m water depth, approximately the same zone in which gas hydrates occur. We suggest that the glacial MTDs referred to as Deep Eastern MTD (35–37 ka) and Unit R MTD (41–45 ka) correlate with rapid drops in sea level which destabilized continental slope gas-hydrate reservoirs causing catastrophic slope failure. An alternative explanation is required for the deglacial MTDs referred to as Western and Eastern Debris Flows (13–14 ka) which occurred as sea level rose rapidly during the Bølling-Allerød period. We suggest that the deglaciation of the Andes and the consequent enhanced sediment supply coupled with a shift of the depo-centre to the continental shelf, caused over-burdening and thus slope failure. Evidence for a 2 per mil negative d13C shift in both planktonic foraminifera and organic matter coeval with these failures suggest that whatever the cause, there was a large release of methane hydrate associated with each failure.
The Mallik Anticline is a geologic structure in the Mackenzie Delta in the Canadian Arctic. Tectonics throughout the Cenozoic, with compressional phases in the early Eocene to the late Miocene, formed this large, domed structure that is today an important source of hydrocarbons. Gas hydrates occur in the clastic sedimentary rocks of the Oligocene to Pleistocene Kugmallite, Mackenzie Bay, and Iperk sequences, which were essentially formed by deltaic processes. The presence of hydrocarbon gases within the permafrost zone in the Canadian Arctic has led to extensive exploration and production activities in the region since the mid-1960s, and the investigations by geologists and geophysicists have already been published in numerous scientific articles to date. The associated report (Chabab and Kempka, 2023) describes the implementation of the first field-scale 3D static geologic model of the Mallik site, which was created using data from well logs and 2D seismic reflection profiles. The dataset presented here provides elevation depths and thickness data of the three distinct sequence boundaries Kugmallit-Richards, Mackenzie Bay-Kugmallit and Iperk-Mackenzie Bay as well as fault data from the Mallik site.
“This ocean-bottom seismometer deployment is part of the SEAMSTRESS project examining tectonic stress effects on Arctic methane seepage. The project is led by PI Andreia Plaza-Faverola at the Centre for Arctic Gas Hydrates, University of Tromsö, Norway. A total of 10 ocean bottom seismometers (OBS) were deployed on Vestnesa Ridge, a sediment drift body just north Knipovich Ridge at its intersection with the Molloy Transform fault (cruise CAGE-20-5). The aim of the experiment was to look for stress release along faults that control seepage sites on Vestnesa Ridge. The network consisted of 8 Lobster type broadband OBS from the German Instrument Pool for Amphibian Seismology (DEPAS) and 2 3C geophones provided by the University of Tromsö. Instruments were free-fall deployed and spaced by about 10 km. They recorded continuously at 100 Hz for 11 months between August 2020 and July 2021.Short, intersecting refraction profiles were shot across all OBS stations, such that OBS positions at the seafloor could be determined within 10 m (cruise CAGE-21-3). Clock drift in this experiment was nonlinear and skew values were only obtained for 6 of the stations. Skew-corrected station VSN01 served as reference station to obtain the clock drift of all other stations using noise cross-correlation and subsequently correct also for the thus determined nonlinearity of time drift. Waveform data are available from the GEOFON data centre, under network code Y9.
Natural gas hydrates are non-stoichiometric crystalline compounds containing water and guest molecules such as CH4, C2H6, C3H8, CO2, etc. They are considered as a promising energy resource, a potential geohazard and a contributor to global climate warming. An accurate knowledge of the dissociation behavior of gas hydrates is a necessity for the recovery of natural gas hydrates and the assessment of potential risks of CH4 release from destabilized deposits. To explore the dissociation behavior of gas hydrates, Raman spectroscopy is regarded as a non-destructive and powerful tool. This technique enables to distinguish between guest molecules in the free gas or liquid phase, encased into a clathrate cavity or dissolved in an aqueous phase, therefore providing time-resolved information about the conditions of the guest molecules during the hydrate dissociation process. Experiments were carried out at the Micro-Raman Spectroscopy Laboratory, GFZ. Since the dissociation kinetics of sI hydrates may vary from that of sII hydrates, sI CH4 hydrates, sII binary hydrates and sII multicomponent mixed hydrates were investigated during the experiments. For the in situ Raman measurements, hydrates were synthesized in a high-pressure cell from pure water and the specific continuous gas flow which was the CH4-C3H8 gas mixture for binary hydrates and CH4-C2H6-C3H8-CO2 gas mixture for mixed hydrate system. The p-T condition of the experiment was initially set at 274 K and 7.0 MPa for the sI hydrates whereas 278 K and 3.0 MPa for sII hydrate systems. After the stabilization of the hydrates in the reactor, the temperature of the system was increased one step at a time to mimic global warming and initiate hydrate dissociation. In situ Raman spectroscopic measurements and microscopic observations were applied to record changes in hydrate compositions over the whole dissociation period until the hydrate phase was completely decomposed. Apart from this, hydrates were formed from ice powders and the specific gas/gas mixtures in batch pressure vessels for several weeks. Gas hydrates were recovered and placed into a Linkam cooling stage for further ex situ Raman spectroscopic measurements. Again, the temperature of the stage gradually increased from 168 K onwards to study the dissociation process. In all three hydrate systems, one in situ Raman measurements and at least two repetitions of ex situ Raman measurements (3 repetitions for the CH4 hydrate system) were carried out, therefore resulting in 10 separate experimental tests. This dataset encompasses raw Raman spectra of the 10 experimental tests (4 tests for CH4 hydrates, 3 tests for CH4-C3H8 hydrates and 3 for mixed gas hydrates) which contained Raman shifts and the respective measured intensities. Each Raman spectrum was fitted to Gauss/Lorentz function after an appropriate background correction to estimate the band areas and positions (Raman shift). The Raman band areas were then corrected with wavelength-independent cross-sections factors for each specific component. The concentration of each guest molecule in the hydrate phase was given as mol% in separate spreadsheets for three different hydrate systems as. Further details on the analytical setup, experimental procedures and composition calculation are provided in the following sections.
Gas hydrates are ice-like crystalline solids in which water molecules trap gas molecules in clathrate structures. They can preserve in low temperatures and elevated pressures and may exist in permafrost or deep marine environments. Natural gas hydrates are especially sensitive to the changes in temperature and pressure due to environmental changes. This can result in hydrate decomposition, which in turn may release enormous amounts of CH4 as the main component of natural gas hydrates. This study was an effort to use the molecular simulations for the estimation of possible gas release from the destabilization of natural gas hydrate reservoirs in response to environmental changes. The dissociation data for simple CH4 hydrates, CH4-C3H8 hydrates and CH4-C2H6-C3H8-CO2 mixed hydrates were provided by using molecular dynamics (MD) simulations. The MD simulations could provide a better understanding of the phenomena involved in the dissociation process of gas hydrates and help to explain the experimental observations. It would be one of the best molecular simulation tools for calculating time-dependent properties. The simple CH4 form structure I (sI) hydrates, while the above-mentioned binary and multicomponent gas mixtures can form structure II (sII) hydrates. Different simulation boxes were designed based on the structures and guest molecules of the gas hydrates. The simulation for CH4 hydrates was done via thermal stimulation above the ice point and depressurization below the ice point. For the mixed hydrates, the simulation data were only provided via thermal stimulation above the ice point. The dataset showed the simulation source files as well as the calculated time-dependent properties of gas hydrates upon the dissociation process. This included the simulation trajectories, gas density profiles, order parameters, ratios of large-to-small cavities, normalized rates of cavity decomposition, and gas compositions. This dataset contains the inputs/outputs of four simulation runs which include the molecular coordinate and structure (.gro file) and trajectory (.xtc file), as well as the calculated time-dependent properties (.vmd and .xls files) for each run. The simulation time and length were presented in nanoseconds (ns) and nanometers (nm), respectively. Further details on the simulation methodology, procedures, and calculations have been provided in the following sections.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 133 |
| Land | 6 |
| Wissenschaft | 20 |
| Type | Count |
|---|---|
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 126 |
| Messwerte | 3 |
| Strukturierter Datensatz | 5 |
| 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 & Lebensräume | 126 |
| Luft | 99 |
| Mensch & Umwelt | 144 |
| Wasser | 125 |
| Weitere | 143 |