Gasausbruch der Vergangenheit lehrt den Meeresboden zu verstehen

Studie untersucht natürliche Wegsamkeiten von Gasen in der Nordsee

Der Gasausbruch bei einer Explorationsbohrung in der Nordsee im Jahr 1964 hinterließ einen 38 Meter tiefen Krater am Ozeanboden, bekannt als „Figge Maar“. Zum ersten Mal untersuchten Forschende die Vorkommnisse und geologischen Gegebenheiten, die damals zu einem abrupten und heftigen Austritt von Stickstoff geführt haben. Die Studie erschien am 23. Juni im Fachmagazin Earth Science, Systems and Society (ES3) der Geologischen Gesellschaft London. Unter Leitung des GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel waren das Institut für Geowissenschaften der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), die Universität Stockholm, Schweden, die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) und die Universität Bergen, Norwegen, beteiligt. Das Verständnis über natürliche Wegsamkeiten von Gasen und geologische Strukturen ist grundlegend für die sichere Nutzung des Meeresbodens im Rahmen der Umstellung unserer Energiesysteme, einschließlich der möglichen Speicherung von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Atmosphäre im Meeresboden.

Figge Maar: Menschliche Ursache, natürliche Gasaustritte

Die Bohrung traf eine Gasansammlung in 2.900 Metern unter dem Meeresboden der Nordsee. Das ursprüngliche Bohrloch konnte zwar verschlossen werden, doch das unter hohem Druck stehende Gas Stickstoff konnte ein System vorhandener Wegsamkeiten nutzen und trat 400 Meter entfernt von der Bohrplattform aus. Der Ausbruch hinterließ den bis heute bestehenden Krater Figge Maar mit einem Durchmesser von mehr als einem halben Kilometer und etwa 38 Metern Tiefe. Dabei wurden fast fünf Millionen Tonnen an Sediment transportiert. Versuche, den Gasaustritt zu kontrollieren, scheiterten. Nach einigen Wochen schwächte sich dieser damals von alleine ab und die Bohrstelle wurde verlassen. Der Krater hat sich seitdem auf natürliche Weise wieder mit Sediment verfüllt und ist inzwischen noch etwa zwölf Meter tief.

Trotzdem sind am Figge Maar bis heute Gasaustritte geringer Intensität nachweisbar, die hauptsächlich aus biogenem Methan bestehen. Dies belegen Daten aus seismischen und hydroakustischen Messmethoden, die während drei geowissenschaftlichen Untersuchungen für die Studie durchgeführt wurden. „Unsere maßgeschneiderten Mess- und Auswertungsverfahren ermöglichen die Detektion und Mengenabschätzung von sehr schwachen Gasaustritten“, sagt Co-Autor und Wissenschaftlicher Mitarbeiter Dr. Jens Schneider von Deimling vom Institut für Geowissenschaften an der Uni Kiel. Das Methan wird durch den Abbau organischen Materials durch methanbildende Mikroorganismen verursacht. Auf den Forschungsfahrten wurden zudem Gasproben genommen und ausgewertet.

Verständnis der geologischen Strukturen des Meeresbodens für die Zukunft maßgeblich

„Das Wissen um geologische Gegebenheiten ist ein absolutes Muss, wenn wir an Bohrungen im Meeresboden denken“, sagt Dr. Jens Karstens, Erstautor der Studie und mariner Geowissenschaftler für die Dynamik des Ozeanbodens am GEOMAR. „Anhand des Figge Maar sehen wir, dass man das natürliche System verstehen muss, damit man solche ungewollten, und vor allem gefährlichen Überraschungen verhindern kann.“

Aufbauend auf das Verständnis der natürlichen Wegsamkeiten von Gasen durch die Ergebnisse der Studie, wollen die Forschenden nun Strategien für die Erkundung und Überwachung von möglichen submarinen Speicherstätten von CO2 aus der Atmosphäre im Meeresboden schaffen: „Mit dem Wissen unserer Forschung können wir nun genauere Anforderungen für eine dauerhafte und sichere Speicherung von atmosphärischem CO2 definieren. Hier ist das Risiko für einen vergleichbaren Blowout zwar nicht gegeben, jedoch sollten auch kleinere, schleichende Austritte von Kohlendioxid vermieden werden, um eine nachhaltige Speicherung für lange Zeiträume zu ermöglichen“, fügt Dr. Karstens hinzu.

Natürliche Vorkommen von Methan und Stickstoff im Untergrund stehen oft unter hohem Druck. Daher konnte es mangels genügender Kenntnis über die Lagerstätte und ihrer Umgebung im Figge Maar – Fall zu einem Ausbruch kommen. Bei der Speicherung von CO2 im Untergrund sucht man eher großflächige Schichten, welche durch darüber liegende Schichten versiegelt sind, in denen sich das CO2 ausbreiten kann, ohne hohe Überdrücke zu erzeugen. Diese müssen allerdings trotzdem möglichst arm an natürlichen Fluidwegsamkeiten sein, um das CO2 dauerhaft zu halten. Das hierfür notwendige Grundlagenwissen und geeignete Überwachungsstrategien müssen in den nächsten Jahren erarbeitet werden, um mögliche zukünftige Speicheraktivitäten unabhängig bewerten zu können.

Die Studie wurde im Rahmen des EU-geförderten Projekts „Strategien für die Umweltüberwachung der marinen Kohlenstoffabscheidung und -speicherung“ (Strategies for environmental monitoring of marine carbon capture and storage, STEMM-CCS) durchgeführt. Die Beteiligten am Projekt forschten von 2016 bis 2020 an Fragestellungen mit der Zielsetzung, vorhandene Wissenslücken bei Ansätzen und Methoden zu schließen, die für eine effektive Umweltüberwachung von Speicherstätten für CO2 im Ozean erforderlich sind. Die Erforschung natürlicher Fluidwegsamkeiten und der Sicherheit von geologischen CO2-Speicherstätten in der Nordsee wird in Zukunft im Forschungsverbund „Submarine Kohlendioxid-Speicherung in Geologischen Formationen der Deutschen Nordsee“ (GEOSTOR) weitergeführt. GEOSTOR wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Deutschen Allianz Meeresforschung (DAM) gefördert und ist ein Teilprojekt der dreijährigen Forschungsmission „Meere als Kohlenstoffspeicher“.

Text / Redaktion: Ann Kristin Montano / Tobias Hahn

 

Originalpublikation:

Karstens, J., Schneider von Deimling, J., Berndt, C., Böttner, C., Kühn, M., Reinardy, B. T. I., Ehrhardt, A., Gros, J., Schramm, B., Klaeschen, D., Elger, J., Haeckel, M., Schmidt, M., Heinrich, S., Müller, P., Bense, F. (2022). Formation of the Figge Maar seafloor crater during the 1964 B1 blowout in the German North Sea. Earth Science, Systems and Society.
DOI: 10.3389/esss.2022.10053

Luftaufnahme vom Forschungsschiff ALKOR
© Marc Petrikowski, BRIESE

Auf dem Forschungsschiff ALKOR wurde eine der drei geowissenschaftlichen Untersuchungen für die Studie durchgeführt.

Geografische Karte vom Krater Figge Maar in der südöstlichen Nordsee.
© Jens Karstens, GEOMAR

Die Karte zeigt die Lokation des Figge Maar – Kraters in der südöstlichen Nordsee.

Hydroakustik Profil des Sediments über dem Krater Figge Maar
© Jens Karstens, GEOMAR

Das Hydroakustik Profil des Sediments zeigt den Gasblasenaustritt über dem Krater Figge Maar (A) bei Niedrigwasser (B) bzw. Hochwasser (C).

Portrait Dr. Jens Schneider von Deimling
© Felix Gross, CeOS

Dr. Jens Schneider von Deimling, Co-Autor und Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Geowissenschaften an der Uni Kiel.

Wissenschaftlicher Kontakt (GEOMAR):

Dr. Jens Karstens
Dynamik des Ozeanbodens
GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
jkarstens@geomar.de

Wissenschaftlicher Kontakt (CAU):

Dr. Jens Schneider von Deimling
Institut für Geowissenschaften
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU)
jens.schneider@ifg.uni-kiel.de

Pressekontakt (GEOMAR):

Ann Kristin Montano
Kommunikation & Medien
GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
media@geomar.de
0431/600-2811
 

Pressekontakt (CAU):

Tobias Hahn
Sachgebiet Presse, Digitale und Wissenschaftskommunikation und Kiel Marine Science (KMS)