Die nun von einem in Großbritannien ansässigen Wissenschaftlerteam veröffentlichten Forschungsergebnisse haben zum ersten Mal gezeigt, dass die Mobilität potenziell schädlicher Verunreinigungen in kristallinem Gestein über lange Zeiträume hinweg aufgrund des Vorhandenseins winziger Kristalle stark eingeschränkt sein kann. Dies bedeutet, dass sich die Verunreinigungen wahrscheinlich nur auf wasserführende Frakturen beschränken werden.
Die Bewegung von Verunreinigungen durch unterirdisches Gestein kann zur Ausbreitung der Kontamination beitragen, ein Problem, das für die geologische Entsorgung einiger Abfallstoffe von Bedeutung ist. Zur Verbesserung unseres Verständnisses der Funktionsweise dieses Prozesses führen wir Studien durch, um Unsicherheiten zu verringern und potenzielle Risiken, die sich daraus ergeben könnten, weiter zu prüfen.
Diese neuen Ergebnisse werfen Licht auf das schwierige Problem, wie sich Schadstoffe über extrem lange Zeiträume bewegen können und dürften unsere Fähigkeit zur Berechnung langfristiger Risiken verbessern.
Diese Studie, die in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht wurde, analysierte kristalline (Granit-)Gesteinsproben aus einem Untergrundsystem in Japan. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Bedeutung der “Gesteinsmatrixdiffusion” in vielen Fällen minimal sein könnte. Zusätzliche Analysen eines kontrastierenden kristallinen Gesteinssystems (Carnmenellis Granit, UK) bestätigen diese Ergebnisse.
Diese von der University of Manchester geführten Untersuchungen, die für langlebige Systeme gelten, bauen auf früheren Labor- und Feldstudien über kurze Zeiträume auf, die ebenfalls darauf hindeuteten, dass die Schadstoffmobilität in kristallinem Gestein, wie Granit, auf kurze Distanzen in Teilen des Gesteins beschränkt sein wird, die von großen Brüchen entfernt sind.
In dieser neuen Arbeit wurden Gesteine aus alten kristallinen Gesteinsystemen in Japan und Grossbritannien untersucht, um zu zeigen, dass selbst über lange geologische Zeiträume die Bewegung von Elementen innerhalb eines solchen kristallinen Gesteins in der Tat gering ist, was zum großen Teil darauf zurückzuführen ist, dass die Bildung grosser Mengen von kleinen Kristallen während der Alterung des Gesteins kleine Öffnungen verschließt und den Zugang für Flüssigkeiten auf nur wenige Millimeter der an Brüche angrenzenden Gesteinsblöcke beschränkt.
Professor Roy Wogelius, der leitende Autor dieses Artikels, kommentierte dies: “Wir machten uns daran, genau zu testen, was wir in Bezug auf den Flüssigkeitszugang zur Matrix dieser Gesteine klären konnten. Wir waren erstaunt über das extrem begrenzte Volumen, das damit verbunden ist. Was uns jedoch am meisten verblüffte, war die Verteilung winziger Kristalle von Karbonatmineralien in dem, was wir gewöhnlich als einen einheitlichen Block aus kristallinem Gestein betrachten.
“Hier erscheinen unerwartet kleine Kalzitkristalle im ganzen Gestein und verstopfen all die winzigen Öffnungen. Diese Kristalle verstopfen alles und halten den größten Teil der Flüssigkeit in großen Rissen ohne Zugang zu kleineren Öffnungen. Dadurch wird der Zugang von Verunreinigungen zur Gesteinsmasse wirksam unterbunden. Das bedeutet, dass sich jede Bewegung von Verunreinigungen wahrscheinlich nur auf Gesteinsbrüche konzentrieren würde. “
Veröffentlichung: R. A. Wogelius et al. Mineral reaction kinetics constrain the length scale of rock matrix diffusion, Scientific Reports (2020). DOI: 10.1038/s41598-020-65113-x
Quelle: off. Pm der University of Manchester
Titelbildunterschrift: Elektronenmikrosondenkarten, deren Positionen auf den Einsätzen links auf jeder Tafel angegeben sind. Falsche Farbintensitäten entsprechen den Konzentrationen der in der Tafel markierten Elemente, wobei Rot die höchste relative Konzentration mit Blau bei niedrigsten Konzentrationen vergleicht. Jede Tafel ist 1 mm × 1 mm groß. Die Hauptfrakturausrichtungen sind durch rot schraffierte Bereiche gekennzeichnet. (A) Karte von MIU-3/8 etwa 6 mm vom Hauptriss entfernt. Dies ist der ursprünglichste Bereich, der mit Mikrostrahltechniken kartiert wurde. Die kleinen U- und th-reichen Körner sind entweder Apatit- oder Aktinidoxide. (Bild: s. Veröffentlichung)
Pia Gaupels
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