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.
A mass extinction of deep-sea benthic foraminifera has been documented globally, coeval with the negative carbon isotope excursion (CIE) at the Paleocene-Eocene boundary, which was probably caused by dissociation of methane hydrate. A detailed record of benthic foraminiferal faunal change over ~30 k.y. across the carbon isotopic excursion at the Ocean Drilling Program Site 690 (Southern Ocean) shows that shortly before the CIE absolute benthic foraminiferal abundance at that site started to increase. 'Doomed species' began to decrease in abundance at the CIE by a few thousand years. After the extinction faunas were dominated by small species, which resemble opportunistic taxa under high-productivity regions in the present oceans. Calcareous nannofossils (primary producers), however, show a transition to more oligotrophic nannofloras exactly where the benthic faunas show the opposite. Plankton and benthos is thus decoupled. Possibly, a larger fraction of food particles reached the seafloor after the CIE, so that food for benthos increased although productivity declined. Enhanced organic preservation might have resulted from low-oxygen conditions caused by oxidation of methane. Alternatively, and speculatively, there was a food-source at the ocean floor. Benthic foraminifera dominating the post-extinction fauna resemble living species that symbiotically use chemosynthetic bacteria at cold seeps. During increased, diffuse methane escape from hydrates, sulfate-reducing bacteria could have produced sulfide used by chemosynthetic bacteria, which in turn were used by the benthic foraminifera, causing extinction by a change in food supply.
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.
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.
dem Bereich der konventionellen Erdgas- und Erdölindustrie sind für die Gashydrate nur eingeschränkt nutzbar, da die Clathrate in sehr viel geringeren Sedimenttiefen vorkommen und andere physikalische Eigenschaften aufweisen. Dementsprechend werden speziell angepasste Verfahren entwickelt, um die Methanhydrate zu lokalisieren, die Gashydratverteilung im Untergrund zu erfassen und zu kartieren, die chemischen, mineralogischen und strukturellen Eigenschaften der Methanhydrate zu bestimmen, die Gashydratmengen zu quantifizieren und den Förderprozess zu überwachen. Die geplanten Untersuchungen sind von grundlegender Bedeutung, um zum einen einer neuen Meerestechnologie ihre wirtschaftliche Grundlage zu geben und zum anderen einen Zugang zu einem neuen Energieträger mit großem Zukunftspotenzial zu schaffen und dabei gleichzeitig einen Beitrag zur Verringerung des Kohlendioxid-Gehaltes in der Atmosphäre zu leisten. Teilvorhaben: Multibeamsysteme zur volumetrischen Erfassung von Gasfahnen in der Wassersäule - Teilvorhaben: Seismische Analyseverfahren zur Bestimmung der Sedimentmatrix - Teilvorhaben: Simulation der Gashydratakkumulation im Meeresboden. In den drei Teilvorhaben sollen Technologien weiterentwickelt werden, um Gashydrat-Lagerstätten zu lokalisieren (A1), die Verteilung von Gashydraten im Meeresboden flächig zu vermessen (A2), die Gashydratmengen im Meeresboden zu quantifizieren (A2 / A3) und die Speicherung von Kohlendioxid zu überwachen (A1 / A2). Innerhalb der Teilprojekte A1-2 und A2-2 sollen Methoden zur Exploration und Überwachung von Gashydrat-Vorkommen (Hydroakustik, Seismik, Elektromagnetik) zusammen im Feld getestet und durch kombinierte Auswertung (Joint Inversion) der unterschiedlichen Daten die Hydratquantifizierung verbessert werden. In A3 wird das Gashydratmodul im Softwarepaket PetroMod, welches in SUGAR I entwickelt wurde und die Bildung von Lagerstätten in Sedimentbecken prognostizieren kann, an zwei bekannten marinen Gashydrat-Lagerstätten validiert und optimiert werden.
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.
Ein wesentliches Ziel der Teilvorhaben ist die Realisierung einer Methode zur Gewinnung von Gas aus hydratführenden Sedimenten, welche die in-situ Oxidation von Methan zur Erzeugung der notwendigen Energie für die Zersetzung der Gashydrate nutzt. Dazu soll ein Reaktor optimiert bzw. das Verfahren so modifiziert werden, dass der Reaktor unter Feldbedingungen effizient eingesetzt werden kann. Neben der Weiterentwicklung des Reaktors gehören auch die Entwicklung einer Gaszu- und Ableitung, sowie der Test des Reaktors im Laborversuch (Reservoirsimulator LARS) und der Test von Reaktor und Gasversorgung im Feld (KTB) zu den Zielen des Vorhabens. Ein weiteres Ziel ist der Ausbau der Versuchseinrichtung im Labor mit einem tomographischen System, um eine hinreichende Aussagefähigkeit der Versuchergebnisse zu erhalten. Die experimentellen Daten fließen in numerische Simulationen ein, die die Auswertung und Interpretation der experimentellen Daten ermöglichen sollen. Weiterhin werden in numerischen Simulationen verschiedene Abbauszenarien unter natürlichen Bedingungen berechnet. 1) Optimierung des Verfahrens zur Förderung von Gas aus Hydraten (Reaktorgeometrie + Katalysator, Oxidationsroute) - 2) Entwicklung Bohrlochsonde - 3) Entwicklung bohrlochtaugliche Gasversorgung für Reaktor - 4) Entwicklung Testapparatur für Membranen + Membrantest -5) Entwicklung Gassammeleinrichtung -6) Test des Reaktors in Laborversuchen - 7) Test des Reaktors in Feldversuchen - 8) numerische Simulationen.
Teilvorhaben A2-4 entwickelt in Zusammenarbeit mit der Coresyde GmbH, Berlin, ein neues Konzept für die Subbeprobung autoklavierter Sedimentproben. Diese werden mit dem in SUGAR I entwickelten Meeresboden-Bohrgerät (MeBo)/-Druckkern-Probennehmern (MDP) geborgen. Durch die Subbeprobung können nicht nur die Mengen von Gashydraten hochaufgelöst quantifiziert, sondern auch ihre Verteilung im Sediment sowie ihre Mikrostrukturen charakterisiert werden. Dies ist wichtig, da sich nur im Porenraum fein verteilte Hydrate zum Abbau anbieten, während Hydrate, die z. B. als Zement die Sedimentstruktur tragen, aus Sicherheitsgründen nicht abgebaut werden können. Weiterhin ist die Kenntnis der Mikrostruktur der Hydrate wichtig, da sie die Gasförderate bei der Produktion bestimmt. Das System soll auf drei Expeditionen zur Gewinnung von Gashydratproben genutzt werden, wobei die Autoklav-Subbeprobung sukzessive nach Entwicklung eingesetzt werden soll. Entwicklung eines Autoklav-Subprobennehmers zur spezifischen Beprobung autoklavierter Gashydratproben (MeBo/ MDP); Entwicklung eines Dreh-Schneidschuhsystems und umfangreiche Konstruktions-Anpassungen an die in SUGAR I entwickelten MDP. Diverse Testverfahren; Einsatz der Technologie auf Gashydrat-Expeditionen; Erprobung des Gesamtsystems
Zusammenfassung: Das Ziel des Projektes SUGAR II - Teilprojekt B3 - Erschließung von Gashydratlagerstätten ist es, technologische Ansätze für die Erschließung und Förderung von Methan aus Methanhydratlagerstätten bei gleichzeitiger Einlagerung von CO2 zu finden und hinsichtlich ihrer Umsetzbarkeit und Wirtschaftlichkeit zu bewerten. Gashydratlagerstätten weisen einige Besonderheiten auf, die ihre Erschließung zu einer wissenschaftlichen und technischen Herausforderung machen. Sicherheitsfragen im Bohr- und Förderbetrieb sowie der Umweltschutz spielen bei Erschließung von Gashydratlagerstätten eine große Rolle. Im Rahmen dieses Projektantrags werden neue Konzepte von Offshore-Anlagen zur Erschließung von Gashydratlagerstätten untersucht. In diesem Arbeitspaket erfolgt eine konzeptionelle Bearbeitung einer auf dem Meeresgrund abgestellten Bohranlage zum Bohren von vertikalen Bohrungen bis 500 m Tiefe. Die Arbeiten beginnen mit der konzeptionellen Überlegungen zum Gesamtkonzept. Dabei werden die einzelnen Konstruktionsmodule und die Schnittstellen definiert, Lastenhefte für die einzelnen Module erstellt und gegenseitige Abhängigkeiten herausgearbeitet. Arbeitspakete: Entwicklung Unterwasserbohranlage zum Gashydratabbau (BAUER), Literaturrecherche. Modellentwürfe, Machbarkeitsstudien, Bericht.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 54 |
| Wissenschaft | 4 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 3 |
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 53 |
| Taxon | 2 |
| unbekannt | 1 |
| License | Count |
|---|---|
| offen | 58 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 51 |
| Englisch | 8 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 1 |
| Datei | 1 |
| Keine | 10 |
| Unbekannt | 2 |
| Webseite | 45 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 58 |
| Lebewesen und Lebensräume | 53 |
| Luft | 41 |
| Mensch und Umwelt | 58 |
| Wasser | 52 |
| Weitere | 57 |