'Es ist unser Mondschuss': Warum Wissenschaftler in Vulkane bohren

18/10/2024 09:47

Im im in einem der Welten vulkanischen Hotspots, Nordost-Island, in der Nähe der Krafla Vulkan.
In kurzer Entfernung kann ich den Rand des Kratersees der Vulkane sehen, während nach Süden Dampfschlote und Schlammbecken weg blasen.
Krafla ist in den letzten 1.000 Jahren rund 30 Mal ausgebrochen, zuletzt Mitte der 1980er Jahre.
Bjorn Por Guðmundsson führt mich zu einem grasbewachsenen Hügel.
Er leitet ein Team von internationalen Wissenschaftlern, die in Kraflas Magma bohren wollen.
"Wir stehen auf der Stelle, wo wir bohren werden," sagt er.
Das Krafla Magma Testbed (KMT) will das Verständnis dafür fördern, wie sich Magma oder geschmolzenes Gestein unterirdisch verhält.
Dieses Wissen könnte Wissenschaftlern helfen, das Risiko von Eruptionen zu prognostizieren und die geothermische Energie an neue Grenzen zu schieben, indem sie eine extrem heiße und potenziell grenzenlose Energiequelle für Vulkane erschließen.
Ab 2026 wird das KMT-Team beginnen, das erste von zwei Bohrlöchern zu bohren, um ein einzigartiges unterirdisches Magma-Observatorium zu schaffen, das etwa 2,1 km unter dem Boden liegt.
Es ist wie unser Mondschuss.
Sein Wille, eine Menge Dinge zu transformieren, sagt Yan Lavelle, Professor für Vulkanologie an der Ludvigs-Maximilians-Universität in München, und der KMT-Wissenschaftskomitee leitet.
Die vulkanische Aktivität wird in der Regel durch Werkzeuge wie Seismometer überwacht.
Aber anders als Lava an der Oberfläche wissen wir nicht viel über das Magma unter der Erde, erklärt Prof. Lavelle.
Wie wäre es, das Magma zu instrumentieren, damit wir wirklich auf den Puls der Erde hören können, fügt er hinzu.
Druck- und Temperatursensoren werden in das geschmolzene Gestein gelegt.
Das sind die beiden Schlüsselparameter, die wir untersuchen müssen, um vor der Zeit sagen zu können, was mit dem Magma passiert, sagt er.
Weltweit leben schätzungsweise 800 Millionen Menschen in 100 km Entfernung von gefährlichen aktiven Vulkanen.
Die Forscher hoffen, dass ihre Arbeit helfen kann, Leben und Geld zu retten.
Island hat 33 aktive Vulkansysteme, und sitzt auf dem Spalt, wo die eurasischen und nordamerikanischen tektonischen Platten auseinander ziehen.
Zuletzt hat eine Welle von acht Eruptionen auf der Halbinsel Reykanes die Infrastruktur beschädigt und das Leben in der Gemeinde Grindavik aufgestockt.
Herr Guðmundsson weist auch auf Eyjafjallajökull hin, was 2010 zu Verwüstungen führte, als eine Aschewolke über 100.000 Flugstornierungen verursachte und 3 Mrd. £ (3,95 Mrd. $) kostete.
Wenn wir'd besser in der Lage, diese Eruption vorauszusagen, es könnte eine Menge Geld gespart haben, sagt er.
Das zweite Bohrloch von KMT wird ein Testbett für eine neue Generation geothermischer Kraftwerke entwickeln, die die extreme Temperatur von Magmas nutzen.
Die Magma sind extrem energiegeladen.
Sie sind die Wärmequelle, die die hydrothermalen Systeme antreibt, die zu geothermischer Energie führen.
Warum nicht zur Quelle gehen? – fragt Prof. Lavelle.
Etwa 65 % des Stroms und 85 % der Hauswärme stammen aus geothermischen Quellen, die unter der Erde heiße Flüssigkeiten zapfen, als Wärmequelle, um Turbinen anzutreiben und Strom zu erzeugen.
Im Tal darunter versorgt das Kraftwerk Krafla rund 30.000 Haushalte mit Warmwasser und Strom.
Der Plan ist, nur kurz vor dem Magma selbst zu bohren, möglicherweise poke es ein wenig, sagt Bjarni Pálsson mit einem wry Lächeln.
Die geothermische Ressource befindet sich knapp über dem Magmakörper, und wir glauben, dass dies etwa 500-600C, sagt Herr Pálsson, der Geschäftsführer der geothermischen Entwicklung beim nationalen Energieversorger Landsvirkjun.
Magma ist sehr schwer unterirdisch zu lokalisieren, aber im Jahr 2009 haben isländische Ingenieure eine Chance entdeckt.
Sie hatten geplant, ein 4,5 km tiefes Bohrloch zu bauen und extrem heiße Flüssigkeiten zu extrahieren, aber der Bohrer hörte plötzlich auf, als er überraschend flaches Magma abhielt.
Wir hatten absolut nicht erwartet, Magma in nur 2,1 km Tiefe zu treffen, sagt Herr Pálsson.
Magma ist selten und ist nur hier, Kenia und Hawaii passiert.
Überhitzter Dampf, der eine Recording-breaking 452°C misst, schoss auf, während die Kammer bei schätzungsweise 900°C lag.
Dramatisches Video zeigt Rauch und Dampf.
Akute Hitze und Korrosion zerstörten schließlich den Brunnen.
Diese gut produziert etwa 10-mal mehr [Energie] als der durchschnittliche Brunnen in diesem Ort, sagt Herr Pálsson.
Nur zwei davon könnten die gleiche Energie liefern wie das Kraftwerk 22 Brunnen, stellt er fest.
Mehr als 600 geothermische Kraftwerke sind weltweit zu finden, und Hunderte weitere sind geplant, inmitten der wachsenden Nachfrage nach rund um die Uhr kohlenstoffarmer Energie.
Diese Brunnen sind typischerweise etwa 2,5 km tief und behandeln Temperaturen unter 350°C.
Privatunternehmen und Forschungsteams in mehreren Ländern arbeiten auch an einer fortgeschritteneren und ultratiefen Geothermie, die Super-Hot Rock genannt wird, bei der die Temperaturen in Tiefen von 5 bis 15 km 400°C überschreiten.
Wenn man tiefer und viel heißer ankommt, sind die Wärmereserven der Heilige Gral, sagt Rosalind Archer, Dekan der Griffith University und ehemaliger Direktor des Geothermal Institutes in Neuseeland.
Es ist die höhere Energiedichte, die so vielversprechend ist, erklärt sie, da jedes Bohrloch fünf- bis zehnmal mehr Leistung produzieren kann als Standard-Geothermiebrunnen.
"Sie haben Neuseeland, Japan und Mexiko alle suchen, aber KMT ist die nächste, um Bohrer in den Boden zu bekommen," sagt sie.
Es ist nicht einfach und es ist nicht unbedingt billig, um loszulegen.Das Bohren in diese extreme Umgebung wird technisch anspruchsvoll sein und spezielle Materialien erfordern.
Prof. Lavelle ist zuversichtlich, dass es möglich ist.
Extreme Temperaturen gibt es auch in Düsentriebwerken, Metallurgie und der Nuklearindustrie, sagt er.
Wir müssen neue Materialien und korrosionsbeständigere Legierungen erforschen, sagt Sigrun Nanna Karlsdottir, Professorin für Industrie- und Maschinenbau an der Universität Island.
In einem Labor testet ihr Forscherteam Materialien, um extremen Hitze-, Druck- und korrosiven Gasen standzuhalten.
Geothermische Brunnen werden meist mit Kohlenstoffstahl konstruiert, aber das verliert schnell an Festigkeit, wenn Temperaturen über 200°C liegen.
"Wir konzentrieren uns auf hochwertige Nickellegierungen und Titanlegierungen", sagt sie.
In vulkanische Magma zu bohren, klingt potenziell riskant, aber Herr Guðmundsson denkt anders.
Wir glauben nicht, dass das Einstecken einer Nadel in eine riesige Magmakammer einen explosiven Effekt erzeugen wird, der behauptet.
Dies geschah 2009, und sie fanden heraus, dass sie dies wahrscheinlich schon früher getan hatten, ohne es überhaupt zu wissen.
Wir glauben, dass es sicher ist... Andere Risiken müssen auch berücksichtigt werden, wenn man in die Erde bohrt wie giftige Gase und Erdbeben verursacht, sagt Prof. Archer.
Aber die geologische Umgebung in Island macht das sehr unwahrscheinlich... Die Arbeit wird Jahre dauern, aber könnte fortschrittliche Vorhersagen und aufgeladene Vulkankraft bringen.
Ich denke, die ganze geothermische Welt beobachtet das KMT-Projekt, sagt Prof. Archer.
Es ist potenziell ganz transformativ.

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