Föstudaginn 27. september ver Iwona Galeczka doktorsritgerð sína í jarðefnafræði. Ritgerðin ber heitið: Rannsóknir á efnaskiptum basalts og koltvíoxíðs á rannsóknarstofu og við náttúrulegar aðstæður (e. Experimental and field studies of basalt-carbon dioxide interaction).
Andmælendur eru Prof. Per Aagaard, Department of Geosciences, University of Oslo, og Prof. Alessandro Aiuppa, Dipartimento di Scienze della Terra e del Mare, Palermo University
Leiðbeinendur voru Sigurður Reynir Gislason, Domenik Wolff-Boenisch og Eric Oelkers.
Verkefnið var styrkt af Evrópusambandinu, Orkuveitu Reykjavíkur, Hitaveitu Suðurnesja, Norðuráli, Háskóla Íslands, RANNÍS
Magnús Tumi Guðmundsson, forseti Jarðvísindadeildar stjórnar athöfninni.
Útdráttur
Megintilgangur rannsóknarinnar var að hanna, byggja og prófa stóran háþrýstihvarfastokk (e. high pressure column flow reactor) til notkunar við tilraunir á rannsóknarstofu á efnaskiptum bergs og gasríks vökva, í þessu tilviki koltvíoxíðs (CO2). Hvarfastokkurinn er 2.3 m langur og gerður úr títani. Stokkinn er hægt að fylla með steindum og/eða gleri og hönnun hans gerir kleift að taka sýni af gasríkum vökva í snertingu við steindirnar/glerið undir þrýstingi. Framkvæmd var röð tilrauna með hreinu vatni og kolsýrðum vatnslausnum (0.3-1.2 M CO2(aq)) og basaltglerkornum. Stærð hvarfastokksins, möguleikinn á að taka vökvasýni á mismunandi lengdarbilum undir þrýstingi og að fylgjast með þróun uppleysts ólífræns kolefnis (DIC) og pH in-situ gerir hvarfastokkinn einstakan í samanburði við aðra slíka stokka sem hannaðir eru fyrir rannsóknir á efnahvörfum vatns og bergs. Niðurstöður tilrauna við 22 °C og án teljandi íblöndunar koltvíoxíðs sýndu að pH-gildi hreins vatns breyttist frá 6.7 í 9-9.5 við það að flæða í gegnum stokkinn og stærstur hluti uppleysts járns féll út í síðsteindum, líkt og í náttúrulegum kerfum basalts, regnvatns og grunnvatns (e. meteoric waters). Við það að skipta út alkalíska vökvanum í stokknum fyrir kolsýrt vatn varð vökvinn í fyrstu yfirmettaður með tilliti til karbónatsteinda en um leið og kolsýrða vatnið fyllti stokkinn og pH-gildið lækkaði í 4.5 hélst vökvinn undirmettaður með tilliti til allra karbónata. Hreyfanleiki og styrkur nokkurra málma jókst umtalsvert í CO2-vökvafasanum og sumir málmanna, m.a. Mn, Fe, Cr, Al og As, fóru yfir leyfileg mörk í drykkjarvatni. Járn leystist og hlutfallslegur styrkur Fe2+/Fe3+í vatnslausn jókst við gegnumflæðið. Leysing basaltglersins náði ekki að brjóta niður búffereiginleika kolsýrða vatnsins. Á fyrstu 40 mínútunum, á meðan vatnið flæddi um fyrstu 18.5 cm stokksins, urðu efnaskipti kolsýrða vatnsins við basaltglerið til þess að pH-gildið hækkaði úr 3.4 í 4.5 en hélst svo stöðugt í gegnum seinni 2.1 metra stokksins.
Þar sem eldvirk svæði eru hulin jöklum myndast vatnsfylltir katlar undir jöklunum vegna jarðhita og jafnvel eldgosa. Katlarnir tæmast reglulega í jökulhlaupum. Sum þessara hlaupa, sér í lagi hlaup vegna eldvirkni, geta valdið miklum skaða og getur stærð þeirra verið á við Amazonfljótið (>200,000 m3/s). Í júlí 2011 brutust tvö lítil jökulhlaup (um 2,000 m3/s) undan Mýrdalsjökli í Múlakvísl og undan Vatnajökli í Köldukvísl. Það má líta á efnaskipti vatns, bergs og gastegunda í jökulkötlum, sem efnaskipti í háþrýstihvarfastokk. Stokkurinn er þá fylltur með bergi með ákveðinni efnasamsetningu og þekktu yfirborðsflatarmáli og vökvi og gas látið leika um bergið svo vökvi, gas og berg geti hvarfast. Vökvinn er lýsandi fyrir jökulbráð og gasið kvikugastegundir á borð við CO2, SO2, HCl og HF. Gildi pH vatnssýna sem safnað var á meðan flóðunum tveimur stóð voru hlutlaus eða basísk og leiðni allt að 900 µS/cm. Basavirkni (e. alkalinity), aðallega vegna bíkarbónats (HCO3- ), mældist hæst ~9 meq/kg við hámark flóðsins úr Mýrdalsjökli en náði jafnvægi við um 1 meq/kg er líða tók á flóðin. Styrkur H2S var lítill í vatninu (minni en 1.5 µmol/kg). Styrkur flestra uppleystra efna í flóðvatninu, m.a. styrkur jónanna Cl-, F- og SO42-, sem geta rakið uppruna sinn til kvikugass, var sambærilegur árssveiflu þessara efna í umræddum ám. Samanburður á flóðvatninu við íslenskt grunnvatn og einfaldir líkanareikningar á þróun vökvans benda til þess að efnasamsetning leystra efna í leysingarvatninu þróaðist við efnaskipti vatns og bergs á löngum tíma (a.m.k. tveimur árum) þar sem gas var í takmörkuðu magni og án beinnar snertingar vökvans við kviku. Þetta bendir til þess að hitagjafinn sem olli bráðnuninni, og þar með jökulhlaupunum, hafi verið jarðhiti fremur en eldsumbrot.