Fimmtudaginn 17. september ver Helgi Arnar Alfreðsson doktorsritgerð sína jarðfræði (með jarðefnafræði sem kjörsvið), við Jarðvísindadeild Háskóla Íslands. Ritgerðin ber heitið: Efnaskipti vatns og bergs við bindingu kolefnis í berg og veðrun eldfjallaösku (Water-rock interaction during mineral carbonation and volcanic ash weathering).
Andmælendur eru dr. Per Aagaard, prófessor í jarðefnafræði við Háskólann í Ósló, og dr. Pierre Delmelle, prófessor í eldfjallafræði við Université catholique de Louvain í Belgíu.
Leiðbeinandi var dr. Sigurður R. Gíslason, vísindamaður við Jarðvísindastofnun Háskólans. Auk hans sátu í doktorsnefnd dr. Stefán Arnórsson, prófessor emeritus við Jarðvísindadeild Háskóla Íslands, dr. Andri Stefánsson, prófessor við Jarðvísindadeild Háskóla Íslands, dr. Björn S. Harðarson, sérfræðingur hjá Íslenskum orkurannsóknum, dr. Domenik Wolff-Boenisch, sérfræðingur við Curtin University í Perth, Ástralíu, og dr. Eric H. Oelkers, prófessor við University College í London.
Verkefnið var styrkt af Evrópusambandinu, Umhverfissjóði Orkuveitu Reykjavíkur, Orkuveitu Reykjavíkur, Háskóla Íslands og Almannavörnum.
Dr. Kristín Vala Ragnarsdóttir, prófessor við Jarðvísindadeild Háskóla Íslands og staðgengill deildarforseta, stjórnar athöfninni.
Ágrip af rannsókn
Minnkun á magni koltvíoxíðs (CO2) í andrúmslofti er ein mesta áskorun mannkyns á þessari öld. Föngun og binding CO2 („carbon capture and storage“) er talin fýsileg lausn á þessum vanda. Markmið CarbFix verkefnisins á Íslandi er að hanna og prófa niðurdælingarkerfi fyrirbindingu og föngun koltvíoxíðs. Koltvíoxíð frá jarðvarmavirkjuninni á Hellisheiði var leyst upp í vatni svo það myndaði kolsýru, sem dælt var niður í basaltberglög á svæðinu. Með tímanum mun kolefnið svo bindast málmum sem sýran leysir úr berginu og mynda fast efni, karbónatsteindir. Kolefnið er þá „steinrunnið“ og geta steindirnar verið stöðugar í milljónir ára. Í þessari ritgerð er fjallað um rannsóknir á tilraunasvæði CarbFix fyrir niðurdælingu, ásamt hermilíkani af afdrifum kolefnisins eftir niðurdælingu. Jarðlög svæðisins eru að mestu frumstætt basalt, bæði kristallað og glerað. Grunnvatnið sem koltvíoxíðið var leyst í, mældist 15–35°C heitt áður en niðurdæling hófst og einangrað frá andrúmslofti. Vatnið var í efnajafnvægi við síðsteindir á borð við leir, geislasteina og kalsít (kalsíumkarbónat). Hermilíkan af niðurdælingunni leiddi í ljós að leysa þurfti upp um 1–2 mól af basalti til að lækka kolsýrumagnið í hverju kg af vatninu niður í gildin fyrir niðurdælingu með útfellingu á kalsíum-, magnesíum- eða járnríkum karbónatsteindum. Í ritgerðinni er enn fremur lýst þróun, smíði og prófunum á djúpsýnataka fyrir borholuvökva sem notaður hefur verið við vöktun á niðurdælingarvökvanum og þróun hans við efnaskipti vatns og bergs.
Eldgosið í Eyjafjallajökli 2010 gaf fágætt tækifæri til að kanna annars vegar umhverfisáhrif sprengigoss undir jökli, þar sem vatn á greiða leið að gosrásinni, og hins vegar sprengigoss við þurrar aðstæður, eftir að gosrásin einangraðist frá bráðvatninu. Fersk öskusýni frá báðum þessum gosfösum voru skoluð í þar til gerðum hvarfastokkum til að kanna samspil nýmyndaðrar gjósku og vatns. Rannsóknin leiddi í ljós gríðarlegan mun á pH-gildi hvarfaða vatnsins frá þessum tveimur gosfösum. Vatn í snertingu við gjósku, sem myndaðist á meðan bráðvatn átti greiða leið að gosrásinni, var með hátt pH-gildi, en þurra sprengigosaskan sýrði vatnið svo munaði mörgum stærðargráðum. Skolvökvinn úr fyrri fasanum var því alkalískur (lútkenndur) og vatnið mettað eða yfirmettað með tilliti til margra algengra síðsteinda sem finnast í gosbergi. Súri skolvökvinn sem hafði leikið um sprengigosöskuna var hinsvegar undirmettaður m.t.t. þessara sömu steinda og innihélt mun meira af nærandi og mengandi málmum eins og járni og áli.
Sýni úr jökulhlaupum sem urðu í kjölfar gossins í Eyjafjallajökli, sem og úr öskumenguðu yfirborðsvatni og straumvötnum við eldfjallið sýndu svipaðar niðurstöður og fyrrgreindar tilraunir. Jökulhlaupin báru fram mikið magn leystra kvikusalta og stóru flóðin niður Markarfljót gáfu til kynna leysingu á gosösku og öðru gruggi. Þessi sýni úr straumvötnum og öskumenguðu yfirborðsvatni mældust með pH-gildi milli 4,8 og 8,2. Flóðið í Svaðbælisá var minna en í Markarfljóti, en það hafði lægra pH-gildi. Mesta sýrumengunin var í flóðvatninu í Svaðbælisá og í gjóskumenguðum ám, en gjóskumengað vatn sem komst í snertingu við gjósku úr báðum gosfösunum var basískara og innihélt bæði mengandi málma og næringarefni. Mikið magn af uppleystum efnum og gjóskukornum barst til sjávar með fallvötnum í kjölfar gossins. Framburður leysts kolefnis í Markarfljóti var um 15 tonn/s fyrstu dagana, á meðan gosið var undir jökli. Eftir að gosrásin einangraðist frá bráðvatni jökulsins lækkaði framburður kolefnis í um 4 tonn/s. Heildarframburður á leystu kolefni til sjávar í kjölfar gossins var um 10.000 tonn. Ofangreind gagnstæð umhverfisáhrif þessara tveggja gosfasa leiddu í ljós að járnauðgun hafsvæðisins við landið af auðleystum söltum var eingöngu möguleg eftir að gosrásin þornaði. Askan úr gosinu undir jökli í byrjun hamfaranna veitti gróðri og jarðvegi á landi nokkra vörn gegn sýringu og annarri mengun þurru sprengiöskunnar, sem féll síðar í gosinu.
Um doktorsefnið
Helgi Arnar Alfreðsson fæddist 9. júlí 1984 á Sauðárkróki. Foreldrar hans eru Helga Kristín Sigurðardóttir og Alfreð Guðmundsson. Helgi hóf nám í jarðfræði við Háskóla Íslands 2004 og lauk BSc-prófi frá Jarðvísindadeild árið 2007. Með námi vann hann meðal annars sem sumarstarfsmaður hjá Jarðborunum við boranir á niðurrennslissvæði Hellisheiðarvirkjunar og hjá Íslenskum orkurannsóknum við borholurannsóknir á sama svæði. Haustið 2007 hóf Helgi doktorsnám við Jarðvísindadeild Háskóla Íslands og hefur hann unnið að rannsóknum sínum við Jarðvísindastofnun Háskólans, Edinborgarháskóla í Skotlandi og Oxfordháskóla í Englandi. Eiginkona hans er Júlía Katrín Björke og eiga þau tvo syni, Halldór f. 2007, og Alfreð Vilhelm, f. 2014.