In Teilprojekt liegt der Fokus auf der Entwicklung von Feinbetonmischungen mit gezielter Steuerung der rheologischen Eigenschaften, um diese für Extrusion und Umformung konstanter und variabler Querschnitte einsetzen zu können. Dabei werden auch alkalisch aktivierte Bindemittel (TP B04) betrachtet. Ein zweiter Schwerpunkt ist die Erprobung von zweistufig aushärtenden Textiltränkungen (TP B02) hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit im Extrusions- und anschließenden Umformprozess. Es werden Aspekte der Tragfähigkeit (z. B. der Verbund zwischen Prepregs und Feinbeton, globales Strukturverhalten), der technologischen Umsetzung (z. B. Lagegenauigkeit der Textilien) sowie der Gebrauchstauglichkeit erforscht.
Typische tiefe Kruste von langsam-spreizenden Rücken besteht aus Gabbro, der von zahllosen, cm- bis dm-mächtigen, evolvierten sog. felsischen Gängen intrudiert wird. Ihre Entstehung sowie ihre Rolle bei der hydrothermalen Alteration der Kruste ist weitgehend unbekannt. Eine IODP Expedition bohrte am Site 1473 auf der Atlantis Bank (Südwestindischer Rücken) ca. 790 m tief in massive Gabbros, die von fast 400 felsischen Gängen durchschlagen werden (ca. 1.5 Prozent des Kernes). Diese bieten die einzigartige Möglichkeit zu einer umfassenden und tiefgreifenden Untersuchung von felsischen Gänge in langsam-spreizender ozeanischer Kruste. Das Projekt untergliedert sich in 3 Themen:(1) Thema 1 zielt auf eine Untersuchung der magmatischen Entstehung der felsischen Gänge. Sind sie durch extreme Fraktionierung von MORB entstanden, oder durch partielles Aufschmelzen von Gabbro durch perkolierende hydrothermale Fluide, oder durch liquide Entmischung in einem evolvierten MORB System? Geprüft werden diese Hypothesen durch Gesamtgesteinsgeochemie in Verbindung mit geochemischer Modellierungen sowie durch eine experimentelle Simulation.(2) Thema 2 fokussiert auf die Natur des Übergangs zwischen den finalen magmatischen Prozessen und dem initialen Auftreten von hydrothermaler Aktivität in dem gerade gefrorenen Gabbro, die ebenfalls magmatische Prozesse triggern kann. Dieses Thema schließt auch die wichtige Frage ein, wie tief hydrothermale Wässer in die Detachement Fault eindringen können, und wie sich das auf die Rheologie der frisch akkreditierten Kruste auswirkt. Der Schlüssel zum Verständnis in diesem kaum untersuchten Thema im Übergang vom magmatischen zum metamorphen Regime, liegt in der sorgfältigen stofflichen Untersuchung von Hoch-Temperatur-Amphibolen, ihre inhärentes Potential zur Bestimmung von Entstehungstemperaturen, sowie auch in der genauen Bestimmung der Solidus-Temperatur bei Wassersättigung dieser speziellen, oft sehr evolvierten Gabbros vom Hole U1473.(3) Grundlage für Thema 3 ist die Beobachtung, dass die felsischen Gänge immer signifikant stärker als das gabbroide Nebengestein alteriert sind, und dass die metamorphen Mineral-Assoziationen in den felsischen Gängen typischerweise wechselnde metamorphe Bedingungen anzeigen, z.B. von höchsten Temperaturen nahe am Gesteins-Solidus bis hinunter zu sehr niedrigen Temperaturen (Sub-Grünschieferfazies). Diese Beobachtungen werfen die Frage nach der Rolle der felsischen Gänge für die metamorphe Entwicklung bei der hydrothermalen Abkühlung der Kruste auf, und nach der Menge der Fluide, die über solche Pfade umgesetzt wurden. Der methodische Ansatz hierfür ist die sorgfältige Analyse von fluid-haltigen Mineralen (Amphibole, Apatit), die genaue Erfassung der Gleichgewichtstemperatur über Geothermometrie in Kombination mit der Analyse von lokalen metamorphen Gleichgewichten, Abschätzung des Fluxes an meerwasser-abgeleiteten Fluiden über Sr- und Sauerstoff-Isotopie, sowie thermodynamische Berechnungen.
Dieses Forschungsvorhaben soll in Zusammenarbeit mit der Abteilung Meeresforschung des Forschungsinstitutes Senckenberg, mit Hilfe methodisch neuer sedimenthydraulischer Messungen einen Beitrag zum Grundlagenverständnis des Stoffhaushaltes im System Wattenmeer leisten und physikalische Eingangsparameter und Grenzwerte für den Beginn von Erosion und Sedimenttransport für die Modellierung dieser Küstenzone liefern. In der beabsichtigten Kombination von Labor- und Feldmessungen sollen jene hydraulischen Grenzzustände erfasst werden, in deren Bereich das Watt den weitgehend stabilen Zustand verlässt. Weiterführende und hierauf aufbauende Modelluntersuchungen werden dem geplanten Sonderforschungsbereich 1739 an der Universität Oldenburg vorbehalten. Der Einsatz der Turbulenzsonde (ADV, Acoustic Doppler Velocimeter, Fa. SONTEC) bietet zum ersten Mal die Möglichkeit, sohlnahe turbulente Strömungen im Labor und im Gelände quantitativ und standardisiert zu erfassen. Im Marburger Strömungs- und Wellenkanal sollen zunächst an natürlichen, aber sterilisierten Wattsedimenten die Wechselwirkungen zwischen dem Turbulenzmuster in der bodennahen Strömung unter einfachen monochromatischen Wellen und dem Sediment untersucht werden. Zugleich soll damit das Messverfahren kalibriert und standardisiert werden. In einem zweiten Schritt soll vergleichend über unterschiedlichen, auch kohäsiven und biogenen fixierten natürlichen Sedimenten der kritische Strömungszustand beim Bewegungsbeginn erfasst werden. In sechs aus dem Rückseitenwatt der Nordsee-Insel Spiekeroog ausgewählten und bereits eingemessenen Meßfeldern mit für den Ablagerungsraum typischen faziellen Mustern wird unter verschiedenen Strömungs- und Wellenbedingungen (Ebb- und Flutstrom, verschiedene Wassertiefen, Seegang, Wellenklima) die ADV-Sonde für dreidimensionale Strömungsmessungen eingesetzt. Parallel zu den bodennahen turbulenten Strömungsverhältnissen soll das Einsetzen von Erosion und Suspensionsentwicklung aufgezeichnet werden. Der Einfluss von Mikroorganismen auf Textur und Stabilität der Sedimentoberfläche soll parallel zu den Messungen verfolgt werden.
Mit der Durchführung des Verbundprojekts MudEstuary soll ein maßgeblich weiterentwickeltes numerisches Verfahren zur Verfügung stehen, welches die Tidedynamik und den Transport von schlickhaltigem Material in Ästuaren in Abhängigkeit von der Rheologie und der Turbulenz berechnen kann. Weiterhin ist ein Hauptziel anhand der Untersuchung historischer Zustände des Emsästuars ein tieferes Verständnis der Tidedynamik durch Flüssigschlick sowie der Bedingungen, unter denen ein so erheblicher Flüssigschlickanfall wie in der Ems auch in anderen Ästuaren entstehen kann. Der Fokus des Teilprojekts B der Bundesanstalt für Wasserbau liegt auf der numerischen Simulation des Emsästuars. Die wesentlichen Arbeitsschritte des Teilprojekts B umfassen: (i) Weiterentwicklung des Simulationsmodells unter Zusammenführung von Turbulenz- und rheologischem Modell, (ii) Anwendung und Validierung des neuen Simulationsansatzes in einem bestehenden Emsmodell, (iii) Integration des im Teilprojekt A entwickelten Viskositätsmodels, (iv) Anwendung des erweiterten Modellverfahrens auf das Emsästuar sowie Untersuchung historischer Systemzustände. Insbesondere im Hinblick auf die Verschlickungsproblematik des Emsästuars werden mit diesem beantragten Projekt neue Erkenntnisse gewonnen, die bereits in laufenden sowie in zukünftigen Sedimentmanagementstrategien (mit dem Fokus auf Feinsedimente) berücksichtigt werden können. Das weiterentwickelte Modellverfahren mit der neuen Modellviskosität aus Turbulenz und Rheologie ermöglicht darüber hinaus, zukünftig erforderliche Maßnahmen zur Rückentwicklung ungünstiger Systemzustände auch in ihrer Wirkung auf Schlicktransport und Schlickakkumulation fachlich abgesichert zu untersuchen und zu beurteilen. Weiterhin soll durch eine Übertragung der Erkenntnisse der Ems auf andere Ästuare überprüft werden, ob diese ebenfalls gefährdet sind, zu einem schlickdominierten System zu werden.