Untitled - The Future Ocean

transient three-dimensional fluid flow in the ocean crust in order to improve our understanding ofthe formation of these seafloor resources.Die Bildung von polymetallischen Sulfiden und Gashydraten am Meeresboden ist das Ergebnis derBewegung von Fluiden durch die ozeanische Kruste und der Wechselwirkung mit denmagmatischen und sedimentären Gesteinen. Polymetallische Sulfide sind durch hohe Kupfer- undZinkgehalte gekennzeichnet und können darüber hinaus auch hohe Gold-, Silber- undSpurenmetallgehalte aufweisen, die sie als Rohstoffe interessant machen. Gashydrate hingegengelten als eine mögliche, wichtige Energieresource für die Zukunft. Die chemischen Komponentenwerden aus den Ausgangsgesteinen im Untergrund entfernt, durch Fluide transportiert und angeochemischen und physikalischen Barrieren nahe dem Meeresboden angereichert. Obwohl diephysikochemischen Parameter und die Zusammensetzung der Fluide relativ gut bekannt sind, gibtes kaum Kenntnisse über die Mechanismen, die diesen reaktiven, räumlich-zeitlichen Fluidflussantreiben bzw. kontrollieren. Diese Kenntnisse sind von herausragender Bedeutung für unserVerständnis der Bildung dieser Resourcen und zur Vorhersage ihres Auftretens. Wir schlagendaher die Einrichtung einer neuen Forschergruppe vor, die den dreidimensionalen undzeitabhängigen Fluidfluss in der ozeanischen Kruste und seine Rolle bei der Entstehung vonmarinen Ressourcen untersuchen soll. Die Gruppe soll die geologisch relevantenRahmenbedingungen aufstellen und die notwendigen Modellierungen der Fluidflüsse durchführen,um die Bildung dieser marinen Resourcen besser zu verstehen.2. State-of-the-artThe source of fluids emanating from vents on the seafloor is still under debate, although circulatingheated seawater, metal-rich magmatic fluids and dewatering during subduction appear to be theprinciple sources (Lackschewitz et al. 2004, Hannington et al. 2005, Hensen and Wallmann 2005.Thermal and tectonic cracking of the ocean floor are the major mechanisms for forming apermeable network, thus permitting fluid to penetrate and alter the crust, which however probablybecomes impermeable within several million years after crack formation (Hauff et al. 2003). Recentstudies demonstrate the difficulties involved in modeling the circulation of saline, multi-phasehydrothermal fluids through the ocean crust (Kawada et al. 2004, Geiger et al. 2005). Numericalsimulation, including phase separation, requires the combined treatment of diffusion-type andadvection-type differential operators. A combination of semi-implicit Finite Element Methods (FEM)and explicit (second-order) Finite Volume Methods (FVM) was applied by Geiger et al. (2005) fortemporal two-dimensional flow. Modeling of transient, three-dimensional, time-dependent flow asproposed here, however, requires more advanced numerical techniques, such as adaptivity andfast solvers. Thermodynamics and reaction kinetics of fluids during water/rock interaction arepoorly known, especially for super-critical hydrothermal systems. Currently-used transport-reactionmodels do not incorporate new data, for example, on metal solubility changes or isotopefractionations during sub- and supercritical phase separation (e.g. Allen and Seyfried 2003).72