Experimentelle Untersuchungen zur Kopplung von Reaktionsumsatz und Permeabilität in Wechselwirkungen zwischen Wasser und Gestein

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Wechselwirkungen zwischen Wasser und Gestein spielen in den Geowissenschaften eine wesentliche Rolle. Zum einen regeln sie den klimaentscheidenden Stoffaustausch zwischen Erdkruste und den Ozeanen. Zum anderen beeinflussen sie hydraulische und felsmechanische Eigenschaften und sind somit in den angewandten Geowissenschaften bedeutsam. Bei diesen Wechselwirkungen modifizieren Volumenänderungen der Festphasen fortwährend die Verteilung von Porosität und Permeabilität im Gestein. Die Raten, mit denen die entscheidenden Lösungs- und Fällungsreaktionen ablaufen, hängen wiederum sehr stark von der Verteilung von Porosität und Permeabilität ab. Über diese Rückkopplungen zwischen Reaktionsablauf und Porenraumverteilung ist wenig bekannt, und dies stellt sich bei der Beurteilung und Vorhersage von Systemverhalten in den Geowissenschaften immer wieder als Problem heraus. Hier werden experimentelle Arbeiten vorgeschlagen, bei denen systematische Untersuchungen dieser Rückkopplungen im Vordergrund stehen. In Durchflussexperimenten sollen bei erhöhten Drücken und Temperaturen Gesteinskörper mit korrosiven oder übersättigten Lösungen beschickt werden. Durch die so eingeleiteten Reaktionen verändert sich die Geometrie des Porenraums. Diese Änderungen werden computertomographisch abgebildet, während Zeitreihenanalysen der Zusammensetzung der Wässer Aufschluss über die Entwicklung thermodynamischer und kinetischer Kenngrößen liefern. Die in den Experimenten gewonnenen Erkenntnisse sollen die Parametrisierung numerischer Modelle zur Erfassung von gekoppelten Strömungs- und Stofftransportprozessen entscheidend verbessern.