Nov28

Wie ist es möglich, dass sich Teile der Unterkruste zu senken scheinen, obwohl das Colorado Plateau steigt?
Die Erklärung des scheinbar Unerklärlichen beruht – wie neuere Forschungsergebnisse nahelegen – auf dem Verhalten der Asthenosphäre, welche in der Geophysik als “Low Velocity Zone” bezeichnet wird.

Innerer Aufbau der Erde  Schichten unterschieden nach ihrer chemischen Zusammensetzung: 1 Erdkruste, 2 Erdmantel, 3 Erdkern (3a äusserer Erdkern, 3b innerer Erdkern). Schichten unterschieden nach ihren mechanischen Eigenschaften: 4 Lithosphäre, 5 Asthenosphäre 6 äusserer Erdkern, 7 innerer Erdkern © derivative work; gemeinfrei

Innerer Aufbau der Erde: Schichten unterschieden nach ihrer chemischen Zusammensetzung: 1 Erdkruste, 2 Erdmantel, 3 Erdkern (3a äusserer Erdkern, 3b innerer Erdkern). Schichten unterschieden nach ihren mechanischen Eigenschaften: 4 Lithosphäre, 5 Asthenosphäre 6 äusserer Erdkern, 7 innerer Erdkern © derivative work; gemeinfrei

Die seismische Erdbebenwarte “USArray”

Für die Forschungsergebnisse wurden Daten eines gross angelegten, 10-jährigen, seismischen Projekts namens “USArray” genutzt. Hunderte von Seismographen, die jeweils im Abstand von 72 Kilometern aufgestellt wurden, durchzogen in nord-süd ausgerichteten Bahnen die USA. Begonnen hat es 2004 im Westen des Landes, danach wurden alle 1,5 Jahre die Stationen nach Osten verschoben → USArray: Maps & Schedules.

Die ultraschall-ähnlichen Bilder wurden dann mit weiteren seismologischen Bildern kombiniert. Man durchdringt so die Erdschichten bis in mehrere hundert Kilometer Tiefe. Mit diesen Daten hat man dann zeigen können, dass Asthenosphärenmaterial in die Lithosphäre aufsteigt und Lithosphärenmaterial unter dem Colorado Plateaus, direkt nördlich des Grand Canyons mehrere Hundert Kilometer langsam in die Asthenosphäre sinkt.

Hebung des Colorado-Plateaus Schematische Darstellung zeigt den Mechanismus, der für die Hebung des Plateaus verantwortlich sein soll. Es wird angenommen, dass durch den Kontakt mit der Farallon-Platte sich der lithosphärische Mantel in der Region veränderte, so dass er sich von der oberen Kruste löste und in den Mantel absank. Dadurch hob sich das Plateau um etwa d3 km; © Grafikausschnitt: nature

Hebung des Colorado-Plateaus: Schematische Darstellung zeigt den Mechanismus, der für die Hebung des Plateaus verantwortlich sein soll. Es wird angenommen, dass durch den Kontakt mit der Farallon-Platte sich der lithosphärische Mantel in der Region veränderte, so dass er sich von der oberen Kruste löste und in den Mantel absank. Dadurch hob sich das Plateau um etwa d3 km; © Grafikausschnitt: nature

Den geologischen Prozess stellt man sich wie in der unteren Grafik abgebildet vor: Im oberen Mantel, zwischen 95 und 300 Kilometern, ist die Asthenoshpäre normalerweise weniger dicht und wesentlich weniger zähflüssig als die darüber liegenden tektonischen Platten der Lithosphäre. Aus diesem Sachverhalt bewegen sich die Platten über die dehnbare Asthenosphäre.

Wenn die Asthenosphäre aber einen Weg findet, kann sie in die Lithosphäre eindringen und sie erodieren. Das teilweise geschmolzene Material dehnt sich dann aus und kühlt ab, während es nach oben fliesst. Es dringt in die stärkere Lithosphäre ein, wo es sich verfestigt und die spröde Kruste und den obersten Mantel schwer genug macht, um zu brechen und abzusinken. Die schwimmende Asthenosphäre füllt dann den entstandenen Raum auf, wo sie sich ausdehnt und eine Hebung bewirkt.

Levander Lab/Rice University: Unter dem Colorado Plateau dringt die Lithosphäre (blau) tief in die Asthenosphäre ein und die teilweise geschmolzene Asthenosphäre (gelb) dringt in die Erdkruste auf © nature

Levander Lab/Rice University: Unter dem Colorado Plateau dringt die Lithosphäre (blau) tief in die Asthenosphäre ein und die teilweise geschmolzene Asthenosphäre (gelb) steigt in die Erdkruste auf © Levander Lab/Rice University

Dieser Prozess könnte geholfen haben, den Grand Canyon selbst zu bilden, weil die Anhebung des Plateaus in den letzten 5 Millionen Jahren den Lauf des Colorado Flusses bestimmte. → Grand Canyon how it was made

Ein verbreitetes Phänomen

Auch an anderen Stellen ist zu sehen, wie die Lithosphäre in die Erde sinkt, so zum Beispiel im Westen der Vereinigten Staaten. Von den Forschern wird dies als ein Indiz dafür angesehen, dass das Phänomen verbreitet zu sein scheint.

Die vier Ecken – eine Welt für sich!

Kommentar schreiben/lesen

Sep08

Fracking

Fracking ist keine Bohrtechnik, sondern ein Verfahren, mit dem sich Erdgas aus undurchlässigem Gestein lösen lässt. Meistens handelt es sich um Tongestein, darum spricht man auch von Schiefergas. Zuerst wird bis zu fünf Kilometer in die Tiefe gebohrt, dann horizontal in die gasführende Gesteinsschicht. In diese Schicht wird bis zu einem Druck von 1000 Bar ein Gemisch aus Wasser, Quarzsand oder Keramikkügelchen und diversen Chemikalien gepresst. Zur Veranschaulichung von Druck: Unterhalb der Erdoberfläche zum Beispiel im Meer steigt der Druck mit zunehmender Tiefe von 10 Metern um etwa 1 Bar. In 10 km Tiefe haben wir dann die gewünschten 1000 Bar erreicht. Der Flüssigkeitsdruck im horizontalen Bohrloch sorgt dafür, dass das Gestein aufgesprengt und damit gasdurchlässig wird. Festkörper und Chemikalien halten die entstandenen Risse offen. Das Verfahren wurde erstmals 1949 in den USA eingesetzt um konventionelle Öl- und Gasvorkommen besser ausbeuten zu können. Seit etwa 2005 wird es im grossen Stil genutzt, um Schiefergas zu fördern. Seither erlebt Nordamerika einen regelrechten Gas-Boom.

Fracking Infografik ©Hannah Otto Earthworksaction.org    Fracking Landschaft  © Simon Fraser University (CC BY 2.0)

Links: Infografik zur Fracking Fördermethode ©Hannah Otto Earthworksaction.org; Rechts: Eine von Fracking zerklüftete Landschaft © Simon Fraser University (CC BY 2.0)

Risiken

Eines der grössten Risiken ist der Einsatz des Fracking Fluids (ein Cocktail aus ca. 700 Chemikalien), da die Giftstoffe der Flüssigkeit ins Grund- oder Trinkwasser gelangen können. Auch das zurückgepumpte Fluid kann nicht als unproblematisch angesehen werden. Auch ist das Gemisch oft mit radioaktiven Stoffen versetzt, welche vorher in den Gesteinsschichten gebunden waren.
Nach der Trennung von Gas und Öl wird dieses hochgiftige Abwasser oft über Rohleitungen einfach an anderer Stelle wieder in die Erde gepumpt und somit ein “Endlager” erzeugt. In den USA wurden vermehrt in Fracking-Gebieten Anzeichen von Vergiftungen nach dem Genuss von Leitungswasser gemeldet. Zudem lässt sich in manchen Gegenden in den Wasserleitungen auch Methan nachweisen, was im Film “Gasland” durch das Anzünden von fliessendem Wasser veranschaulicht wird. Wir alle wissen, dass Methan ein viel gravierendes Treibhausgas ist als CO2 – Klimaschutz lässt grüssen! Zudem ist der Wasserverbrauch gigantisch. Jeder einzelne Fracking-Vorgang verbraucht zwischen 10 und 15 Millionen Liter Wasser, welches danach für immer vergiftet ist.

Auch den immensen Flächenverbrauch und die Zerstörung der Landschaften lässt das Ganze wie einen bösen Traum erscheinen. Wird bei konventionellen Erdgas Bohrungen nur ein Bohrturm benötigt, sind es beim Fracking bis zu vier Bohrstellen pro Quadratkilometer. Wie dieser Eingriff in die Landschaft aussieht, ist im oberen rechten Bild zu sehen. Im Weiteren entstehen durch das Aufbrechen der Gesteinsschichten Erdbeben bis zur Stärke drei auf der Richterskala.

Stand des Gas-Frackings

In Nordamerika wird schon an hunderttausenden Bohrlöchern Schiefergas gefrackt. Experten warnen, dass die Risiken zu wenig erforscht sind.

Auch in Deutschland wird schon lange gefrackt, wenn auch nicht in Schiefergas. Seit 1961 wurden rund 300 Frackings durchgeführt, vor allem in tiefen und dichten Erdgasvorkommen (sogenannten “Tight Gas”). Einen ersten Fracking-Test in Tongestein führte die Firma ExxonMobil 2008 in der Nähe der niedersächsischen Ortschaft Damme durch. Gefördert wurde hier bis heute nichts. Ein Gesetzesentwurf wird zur Zeit debattiert.

Grossbritannien will das umstrittene Verfahren der Gas-Gewinnung nach sechs Jahren wieder ermöglichen. Bis Ende 2012 lief ein Moratorium, das es den Energieunternehmen untersagte durch Fracking Gas zu gewinnen. Grund dafür war ein Erdbeben nach Probebohrungen gewesen. Der Einsatz von chemischen Mitteln und unverantwortlich hohe Mengen an Wasser führt zu Protestwellen, denn zu gross erscheinen die Risiken für Mensch, Natur – und vor allem für das Trinkwasser. Die Angst vor verunreinigtem Trinkwasser könnte der grösste Knackpunkt werden, denn die Geologie Englands ist komplex. Bei rund einem Drittel der Fläche des Landes liegen Schiefergasfelder und Trinkwasserreservoirs nur knapp übereinander.

Für weitere Informationen habe ich folgende Links zusammengestellt:
>> Die Süddeutsche zum Thema Fracking:
>> Georeportage:  Fracking, das sollten Sie wissen
>> YouTube Video: Fracking – Chance oder Risiko?
>> YouTube Video: Gas Fieber Frackingschäden

Kommentar schreiben/lesen

Aug18

Entdeckung

Der Begriff OAE, ozeanisches anoxisches Ereignis wurde zum ersten Mal 1976 von Seymour Schlanger und Hugh Jenkyns geprägt. Er beruht auf Entdeckungen des Deep Sea Drilling Project (DSDP) im Pazifik. Bei Bohrungen in den untermeerischen Plateaubasalten wurden in den aufliegenden kretazischen Hüllsedimenten schwarze, kohlenstoffreiche Tonschiefer durchbohrt. Ähnliche Schwarzschiefer vergleichbaren Alters waren zuvor schon im Atlantik gesichtet worden. Zudem gab es weitere Beispiele in Aufschlüssen auf dem europäischen Festland, z.B. im stark kalkbetonten Apennin in Italien. Allmählich setzte sich die Erkenntnis durch, dass diese Intervalle sehr ähnlicher Schichten sehr ungewöhnliche und “punktuelle”  (zeitlich eng begrenzte) Ablagerungsbedingungen in den Weltmeeren widerspiegeln.

Ozeanisches anoxisches Ereignis oder wenn die Weltmeere ersticken.

Ein ozeanisches anoxisches Ereignis findet immer dann statt, wenn die Weltozeane unterhalb der Oberflächenschicht an Sauerstoff verarmen. Ein anoxisches Ereignis mit Bildung von H₂S oder Schwefelwasserstoff entsteht in euxinischem Milieu. Selbst wenn kein derartiges Ereignis in den letzten Jahrmillionen stattfand, so finden sich in Sedimenten der geologischen Vergangenheit eindeutige Hinweise auf mehrere solcher Vorfälle.

Thermohaline Zirkulation © Robert Simmon, NASA   Schwarzschiefer @RUB

Links: Darstellung der überregionalen Verknüpfung der Meeresströmungen © Robert Simmon, NASA. Die roten Stränge stellen die warmen Meeresströmungen dar, die blauen die Kalten. Dieses globale Zirkulationssystem sorgt für den Stofftransport mitunter das Einbringen von Sauerstoff in die tiefen Schichten. Ein solches Zirkulationsmuster braucht etwa 2000 Jahre. Rechts: Bohrkern durch OAE-Schichten – Schwarzer Tonschiefer @ RUB

Es wird vermutet, dass OAEs sehr wahrscheinlich mit Störungen der grossen Meeresströmungen, mit Treibhausgasen und globaler Erwärmung und möglicherweise auch mit Massenaussterben in Zusammenhang stehen. Ein OAE repräsentiert einen geologisch kurzen Abschnitt von circa 500’000 Jahren, in dem es zu einer Unterbrechung des Kohlenstoffkreislaufs kommt.

Bei den Gesteinen des OAE handelt es sich um Kohlenstoffsenken. In ihnen wird Kohlenstoff lange gebunden und dem Stoffkreislauf entzogen. Dieses Phänomen wirkt deshalb regulierend auf den erhöhten CO2-Gehalt in der Warmphase. Allerdings beginnt die Bindung des CO2 erst einige Millionen Jahre später.

Algen als Primärproduzenten

Kleinwüchsige, Photosynthese betreibende Algen, hier die Schwebealgen (die Lieblinge der Aquarianer und Gartenteichbesitzer smiley) sind eine wichtige Gruppe der Primärproduzenten in den Ozeanen, welche mit Hilfe von Sonnenenergie, CO2 und mineralischen Nährstoffen (Phosphate, Nitrate) einfache organische Bausteine (Zucker) unter Freigabe von Sauerstoff synthetisieren. Diese pflanzlichen Primärproduzenten sind Nahrung für alle anderen Organismen.

Im Normalfall werden alle organischen Verbindungen wieder in die mineralischen Ausgangskomponenten zerlegt und dem Stoffkreislauf zugeführt. Offenbar konnte der Kohlenstoff nicht wieder freigesetzt werden, da Mikro- und Makroorganismen, die für die Zersetzung zuständig sind, aufgrund von Sauerstoffmangel im Bodenwasser nicht leben konnten.

Die kohlenstoffreichen Gesteine stellen Erdölmuttergesteine dar, da Erdöl im Wesentlichen aus den Resten mariner Schwebalgen besteht. Sie sind auch ein Zeichen für eine Unterbrechung des biologischen Kreislaufs aus Zeugung, Wachstum, Tod, Zerfall und Abbau.

Kommentar schreiben/lesen

Apr08

Unterschiedliche Bohrkronen. Zuvorderst ein Kernbohrer mit Steinkern, direkt dahinter ein Meisselbohrer.Ausgestellt im Erdölmuseum in Stavanger (N).Eine Bohrung ist ein winziger Nadelstich in die Erdkruste. Und doch ermöglichen uns Bohrungen wichtige Einblicke ins „Erdinnere“. Je nach Ziel und Zweck werden verschiedene Methoden und Bohrköpfe eingesetzt.

Für übertiefe (tiefer als 5000m) Bohrungen z.B. zur Erdölförderung werden im oberflächennahen Bereich mit Rollenmeisseln besetzte Bohrköpfe mit bis zu 90 cm Durchmesser eingesetzt. Wo das Bohrloch offen bleiben und nach Gesteinsentnahme nicht sofort in sich zusammenstürzen sollte, wird es fortlaufend verrohrt. Dadurch werden die Bohrdurchmesser nach unten immer kleiner.

Grosser Bohrmeissel. Man beachte den Marker als Grössenvergleich.Brauchen Sie ein Loch im Garten für eine Wärmepumpe, können Sie eine kleinere Bohrung abteufen, ebenfalls mit einem Rollenmeissel. Bei Bohrungen mit Rollenmeisseln am Bohrkopf wird das durchbohrte Gestein in Stücken – sogenannten Chips – zu Tage gefördert.

Zu wissenschaftlichen Zwecken werden häufig Kernbohrungen durchgeführt. Hier ist die Bohrkrone ringförmig, damit im Innern des Bohrkopfes ein Steinkern übrig bleibt, der hochgezogen wird. An diesem Bohrkern lässt sich das Gestein genau untersuchen, aber auch Strukturen und Störungen lassen sich erkennen und mittels folgender Bohrlochuntersuchung genau orientieren. Bohrungen helfen zudem, seismische Profile besser interpretieren zu können.

 Zahnarzt oder Wärmepumpe?

Kommentar schreiben/lesen

Nov20

Bohrturm der Kontinentalen Tiefbohrung in WindischeschenbachAnfang der 1990er-Jahre wurde im bayrischen Windischeschenbach (Oberpfalz) während vier Jahren die kontinentale Tiefbohrung abgeteuft. Ziel dieser wissenschaftlichen Bohrung war die Erforschung der kontinentalen Erdkruste.

Mit 9101 Metern Tiefe ist es die tiefste Bohrung in hartem Kristallingestein; in Sedimenten wurden schon Tiefen von mehr als 12 Kilometer erreicht. Die Bohrarbeiten an der Hauptbohrung begannen am 5. Oktober 1990 und endeten vier Jahre später am 12. Oktober 1994.

Neben Windischeschenbach wäre auch noch eine Stelle im Schwarzwald zur Diskussion gestanden, man erwartete aber in der Oberpfalz den geringeren Wärmegradienten, zudem traf man hier auf den Kontakt zwischen zwei grossen tektonischen Einheiten (Saxothuringikum „Ur-Europa“ und Moldanubikum „Ur-Afrika“) des variskischen Gebirges. Bei etwa 250°C ändert das rheologische Verhalten von Gesteinen, was in rund 10 Kilometer Tiefe erwartet wurde, was Bohrarbeiten erheblich erschwert. Angepeilt waren 12 Kilometer Tiefe. Wesentlich für das Erreichen grosser Tiefe ist ein möglichst senkrechtes Loch ohne seitliche Drift. Dies gelang mittels eines neu entwickelten Systems bis 7500 m.

Bohrmeissel vom obersten Abschnitt der KTBUntersuchungen am geförderten Kernmaterial dauern immer noch an. Viele spannende Erkenntnisse wurden aber bereits veröffentlicht. Auch steht der mit 83 Metern höchste Landbohrturm der Erde immer noch. In den Sommermonaten bietet das Informationszentrum vor Ort Turmführungen an.

In der Bohrung wurden Metagabbros, Amphibolite und Sedimente erbohrt, die früher Teil eines Ozeanbodens waren und vor rund 400 Millionen Jahren stark deformiert und metamorph überprägt wurden. Die stark verfalteten Gesteinsabfolgen sind häufig zerbrochen und vielerorts vererzt.

Reise zum Mittelpunkt der Erde – durch ein Bohrloch? Was meinen Sie?

1 Kommentar »

Jun26

Lachen macht nicht nur Freude sondern ist auch gesund. Smiley-Herz in der Stadt Baden.Witze zu geologischen Themen, auch das gibt es. In einem Buch bin ich über Geo-Witze zum Thema Erdöl, Erdbeben und Sand gestolpert, die ich Ihnen nicht vorenthalten will. Vielleicht lockern die Witze eine lange Ferienfahrt etwas auf?!

Ein amerikanischer Ölmilliardär kommt nach zehn Jahren wieder durch Paris und sieht den Eiffelturm. „Jetzt bohren die Boys immer noch“, sagt er, „und Öl haben sie trotzdem noch keines gefunden!“

 

„Was war heute in der Tagesschau?“

„In der Stadt Enikjahuziradaheiro hat es ein Erdbeben gegeben.“

„Und wie hiess die Stadt vor dem Erdbeben?“

 

„Was gibt dreimal sieben?“

„Ganz feinen Sand!“

 

Kennen Sie noch weitere Geo-Witze?

5 Kommentare »

Nov08

Auf dem schmalen Lägerngrat bleibt gerade eine Kalkbank als Wanderweg. Die rund 150 Millionen Jahre alten Malmkalke bilden über weite Strecken den steilen Grat.Der Lägerngrat ist der östlichste Ausläufer des Faltenjura und reicht von Regensberg (ZH) im Osten bis nach Baden (AG) am Westende. Bei Baden ist der charakteristische Lägerngrat, der durch den südlichen Schenkel einer grossen Antiklinale gebildet wird, durch eine Klus unterbrochen.

Die in Baden aufgeschlossenen Gesteine am Lägernkopf stammen aus der Jurazeit. Die rund 150 Millionen Jahre alten Gesteine wurden aber erst in den letzten 10 Millionen Jahren verfaltet.

In den nächsten Tagen wird der Lägerngrat im Rahmen einer seismischen Messkampagne gequert. Damit gewinnt man noch besseren Einblick in die Struktur dieser grossen Falte.

Gipsgrube Ehrendingen im Norden der Lägeren, bzw. im Faltenkern der Lägernantiklinale.Im Süden bilden die Schichtflächen der Malmkalke die Abhänge. Wer über den Grat wandert, geht häufig auf einzelnen dieser Kalkbänke, die meist ein paar Zehnercentimeter mächtig sind. Auf der Nordseite gelangen wir in den Faltenkern und damit in immer ältere Gesteinsschichten, bis wir am Talgrund im westlichen Teil der Lägern die weichen und bei der Faltung stark deformierten Gesteine aus der Trias-Zeit erreichen. Unter anderem gibt es hier Gipsvorkommen, die auch ausgebeutet wurden.

Wenn Sie mehr über die seismischen Untersuchungen und wie diese genau funktionieren wissen wollen, dann finden Sie auf www.seismik-news.ch alle aktuellen Infos.

Ich bin auf jeden Fall gespannt darauf, mehr über das Innenleben dieses markanten Gebirgszugs zu erfahren nach den neuen Messungen. Hätten Sie manchmal auch gerne einen Röntgenblick?

3 Kommentare »



Die Lösung

Archiv