Beiträge zur Umweltforschung mittels radiometrisch-geochemischer Methoden (Seismik des Vogtlandes)

Das Vorhaben endete am 31.12.2010.

Quarzkristall unter KL

Forschungsgegenstand war die langfristige Untersuchung der Fluidfreisetzung an natürlichen Mineralquellen und Mofetten in geodynamisch aktiven Gebieten, insbesondere im Vogtland/ NW-Böhmen. Änderungen quantitativer Parameter, wie der Quellschüttung, der Entgasungsmenge, des hydrostatischen Druckes sowie radiometrisch-geochemischer Indikatoren (Nuklid-, Ionen- und Gaskonzentrationen, Isotopenverhältnisse), wurden mit geophysikalischen Parametern (lokale Seismizität, Krustendeformation) in Verbindung gesetzt. Ziel war es, Zusammenhänge zwischen regionalen geodynamischen Prozessen und der Fluidfreisetzung festzustellen und ihre regionale Übertragbarkeit auf andere seismisch aktive Gebiete zu untersuchen. Daher sind die Forschungsergebnisse, methodischen Erfahrungen und messtechnischen Innovationen Bestandteil interdisziplinärer Projekte. In diesem Zusammenhang soll auch auf die gute internationale Kooperation, besonders mit Kollegen aus der Tschechischen Republik und Italien, hingewiesen werden.

Geodynamische Prozesse in der Erdkruste, wie Erdbeben und Vulkanausbrüche, beeinflussen u.a. das poro-elastische Verhalten von fluidgefüllten Kluftzonen, welche zusammenhängende Porenräume und Klüfte bis hin zur Erdoberfläche ausbilden können. Dabei muss die Einwirkung von Krustendeformationen auf den Porendruck genauso in Betracht gezogen werden, wie die Beeinflussung des Bruchverhaltens durch einen veränderten Porendruck. Treten diese Fluide dann als Wasser/Gasgemische an der Erdoberfläche aus, z.B. an Quellen, Fumarolen, Mofetten [siehe Mofetten von Bublak und Soos] oder in Bohrungen, so lassen sich mittels der Messgrößen Informationen über die Prozesse in der Erdkruste ableiten.

Wesentliche Ergebnisse, welche erst durch Langzeituntersuchungen möglich wurden, sind die signifikanten Porendruck-Anomalien im Grundwasserbereich vor dem Eintreten starker Bebenschwärme (Literatur 1,2) sowie der langsame Anstiegstrend in der Fluidemission, welcher in dieser Region mit einer erhöhten Aktivität im magmatischen Fluidreservoir interpretiert wird (Literatur 3 ,4).

Seit längerem wurden die Ursachen für das Auftreten von Schwarmbeben im Raum Vogtland/NW-Böhmen diskutiert. Neben der Ausbildung eines tektonischen Spannungsfeldes sind Porendruckvariationen ein wichtiger Effekt, der dieses spezielle Bruchverhalten induzieren könnte. Diese Diskussion wurde noch um den wichtigen Aspekt der hydrothermalen Alteration, also dem Anlösen von Gestein und Mineralien unter erhöhten Druck- und Temperaturbedingungen, erweitert. CO₂ ergibt mit Wasser eine Säure, welche schon in relativ kurzer Zeit die kluftbildenden Minerale anätzt und damit mechanisch schwächt (siehe Bild rechts mit einem unter Kathodolumineszenz angeregten Quarzkristall). Diese physikalische Schwächung durch einen chemischen Lösungsprozess erfolgt seit geologischen Zeiträumen auf den verbundenen Kluftzonen, nicht nur im Vogtländisch-NW-Böhmischen Raum. Auch in vielen anderen Regionen der Erde, wo Schwarmbeben auftreten, sind aggressive Fluide, meist in Verbindung mit CO₂, präsent. Wir haben diesen wichtigen Aspekt in einer Publikation vertiefend herausgearbeitet.

Ein weiterer Untersuchungsgegenstand ist das mikrobakterielle Inventar von Tiefenwässern lokaler Mineralquellen, welches selbst unter extremen Bedingungen (p,T) existieren kann. Der Bereich Umweltmikrobiologie der TU Bergakademie hat mit Erfolg neue mikrobakterielle Clone sequenzieren können; Literatur siehe hier.

a) Beispiele für Fluiduntersuchungen in Italien

b) Liste ausgewählter Publikationen

Abschlussbericht