Jahresbericht 2018-2019

Sollen Schächte oder Tunnel in unverfestigten oder aus anderen Gründen wenig stabilen Sedi- menten gebaut werden, wird zunehmend das bautechnische Verfahren der künstlichen Bo- denvereisung eingesetzt, bei dem mithilfe von vielen Boh- rungen, in denen sehr kalte Sole fließt, ein Gefrierkörper gewünschter Geometrie ent- steht. Da dieses Verfahren sehr aufwändig ist, sind numerische Simulationen, in denen der Ver- lauf des Gefrierprozesses unter Annahme be- stimmter, im besten Fall aus Messungen an Bohr- kernen bekannten physikalischen Gesteinseigen- schaften mithilfe transienter numerischer Simu- lationen untersucht wird, das Mittel erster Wahl zur Planung. Unsere Simulationen zum Schacht- projekt einer Kalilagerstätte in der Nähe des Urals haben den deutlichen Einfluss der Wärmeleitfähig- keit der Sedimente sowie der Grundwasserfließ- richtung auf den Fortschritt des Gefriervorgangs gezeigt [1]. In einer darauf aufbauenden generi- Numerische Simulation künstlicher Bodenvereisung Abb. 3. Unterschiedliche Auswirkung einer „Kalklinse“ (abdichtendes Medium, links) und einer „Sandlinse“ (führt zu einer Schwachstelle, rechts) auf den künstlichen Gefriervorgang. Abbildung: P. Heinemann. FORSCHUNG — 121 Sedimentsysteme vor der Ostküste der Nordinsel Neuseelands Abb. 2. Hangausrichtungen und -neigungen im zentralen Bereich des Kontinentrands vor Neuseeland. Abbildung: C. Schwarze. Während der südliche Teil des Kontinentrands vor Neuseeland durch Sedimentakkretion gekenn- zeichnet ist, prägt Subduktionserosion den nördli- chen. Die Morphologie unseres im Übergangsbe- reich zwischen beiden Segmenten gelegenen Un- tersuchungsgebietes „Rock Garden“ ist entspre- chend komplex und durch Areale besonders gro- ßer Steilheit gekennzeichnet, ebenso durch meh- rere Störungszonen, entlang derer etliche Gasaus- trittstellen identifiziert wurden (Abb. 2). Die me- chanische Stärke der Plattengrenzfläche, die wir mithilfe des Konzept des kritischen Keils analysie- ren, spiegelt diese Segmentierung wider und ist auch von Bedeutung für die Kopplung zwischen der subduzierenden und überfahrenden Platte, mit der sie in komplexer Weise gekoppelt ist. Erste Datierungen unserer Sedimentkerne in den oberen Teufenbereichen zeigen ungewöhnlich hohe Alter und lassen vermuten, dass der Meeresboden län- geren Phasen der effizienten Erosion ausgesetzt gewesen sein muss. schen Studie wurde gezeigt, wie stark der Gefrier- prozess durch heterogene Eigenschaften des Un- tergrunds, etwa durch die Anwesenheit eines lin- senförmigen Körpers („Sandlinse“ bzw. „Kalklinse“) aus einemanderen Sediment abgelenkt wird (Abb. 3). [1] Schulz, A, Kukowski, N, Großwig, S, Hendel, R (2019): The influence of rock thermal conductivity and groundwater flow on the freezing process in a freezing shaft – results of transient numerical simulations. Georesources Journal 1-2019, 27-36.