Küstenfernes Süßwasser: 3D numerische Simulationen von Grundwasserströmung am New Jersey Shelf

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Buske
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279624715

Ziel dieser Studie ist die Erforschung der Grundwasserbewegung im New Jersey Shelf (NJS) anhand von numerischen Simulationen. Ende der 1970er Jahre wurde im Rahmen des Atlantic Margin Coring Projects Grundwasser mit deutlich geringerem Salzgehalt als Meerwasser in zahlreichen Bohrungen entlang der U.S. Ostküste nachgewiesen - teilweise mehr als 100 km vom Festland entfernt. Besonders detaillierte Daten zur Porenwassersalinität wurden im Rahmen von IODP Leg 313 am NJS gewonnen und zeigen abrupte vertikale Salinitätskontraste an allen drei Bohrlokationen. Verschiedene Autoren erklären die Entstehung von küstenfernem Frischwasser im NJS durch rezenten meerwärtsgerichteten Grundwasserfluss oder führen sie auf ein erhöhtes hydraulisches Potential während der letzten Eiszeit zurück. Welcher dieser Prozesse zur Entstehung von küstenfernem Frischwasser im NJS geführt hat ist noch nicht geklärt und auch die Ursache für die beobachteten Salinitätskontraste ist nicht ausreichend verstanden. Dafür soll im Rahmen dieser Studie ein detailliertes 3D hydrogeologisches Modell erstellt werden um die Grundwassströmung im NJS numerisch zu simulieren. Folgende Arbeitshypothesen sollen auf Basis numerischer Simulationen überprüft werden: 1. Küstenfernes Süßwasser im NJS entstand während der letzten Eiszeit. 2. Ablandige Grundwasserströmung reicht gegenwärtig nicht bis zu 100 km von der Küste. 3. Küstenferne Süßwasservorkommen sind auf Sedimentschichten mit niedriger Permeabilität beschränkt. Die verfügbare Datengrundlage ist exzellent und beseht aus zahlreichen 2D seismischen Profilen, 3D seismischen Daten (ab Ende 2015), sowie mehreren bohrlochgeophysikalischen und petrophysikalischen Messdaten, die im Rahmen von ODP Legs 150, 174a und IODP Leg 313 gewonnen wurden. Grundlage zur Erstellung des hydrogeologischen Modells ist eine Tiefenmigration der seismischen Daten. Zur Definition von Schichtgrenzen wird die im Anschluss von IODP Leg 313 publizierte Lithostratigraphie herangezogen. Jede Schicht wird anschließend in geologische Fazies unterteilt, wobei jeder Faziestyp durch bohrlochgestützte petrophysikalische Eigenschaften charakterisiert ist. Der dabei angestrebte Multiple-Point geostatistische Ansatz erlaubt zusätzlich, aus einer AVO-Analyse der 3D Seismik abgeleitete petrophysikalische Parameter in dem Modell zu berücksichtigen. Überprüfung der Hypothesen erfolgt durch sorgfältige Definition der Anfangs- und Randbedingungen des numerischen Modells, unter Berücksichtigung der pleistozänen Meeresspiegel- und Temperaturschwankungen, des gegenwärtigen Süßwassereintrags, des hydraulischen Potentials (ggf. der glazialen Eisschildtopographie) und der Wärmestromdichte. Die Ergebnisse dieser Studie können nicht nur zur Erklärung von küstenfernem Süßwasser entlang der gesamten U.S. Ostküste beitragen, sondern auch zu einem verbesserten Verständnis von meerwärtsgerichtetem Grundwassertransport im Allgemeinen.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 527: Bereich Infrastruktur - "International Ocean Discovery Program" (IODP)
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Christoph Clauser