Willkommen im Bubble Labor

Ein Experimentallabor zur Untersuchung von Gasblasen in hydrothermalen und vulkanischen Systemen.

 

 

Fluide spielen eine große Rolle bei Erdbeben- und Vulkanprozessen, etwa bei der Migration von Fluiden in Erdbebenschwarmregionen, dem Wachstum von fluid-gefüllten Rissen im Gestein oder bei der Ausbreitung von Magma in Dikes. Die Interaktion zwischen Fluiden und Gestein funktioniert in beide Richtungen: Zum einen können Druckänderungen im Fluidsystem tektonische Erdbeben auslösen oder verzögern, seit langem bekannt unter dem Stichwort Reservoir induzierter Seismizität. Zum anderen können Fluidsysteme durch tektonische oder vulkanische, statische und dynamische Spannungsänderungen beeinflußt werden, was sich beispielsweise an erhöhten Quellschüttungen von Thermalquellen oder veränderten Entgasungsraten von Vulkanen zeigt. Mit dem Bubble Lab soll der Einfluß von Gasblasen (Bubbles) bei diesen Prozessen im Labor untersucht werden. Durch Kombination mit Feldbeobachtungen und kontinuierlichem Monitoring wollen wir unser physikalisches Verständnis von Erdbeben getriggerten Veränderungen in hydrothermalen Systemen und Vulkanen verbessern.

(a) Hydrothermal Systemen

zur Kopplung zwischen heißen und kalten Quellen und Erdbeben, insbesondere im Hinblick auf Mischungen zwischen verschiedenen Fluidreservoiren.

zur Dynamik von Geysiren, Fumarolen und Schlammvulkanen (mud pools).

(b)  Vulkanen

Zur dynamischen und statischen Triggering von vulkanischer Unruhe und Eruptionen.

MED-SUV
Durch eine Kombination von Laborexperimenten (BubbleLab) und kontinuierlichen Druck- und Temperaturmessungen an Fumarolen, mudpools, heißen Quellen und Geothermalbrunnen wurden im Rahmen des EU supersite Projektes MED-SUV (EU Förderung Nr. 308665) transiente Druckänderungen in dem hydrothermalen System von Campi Flegrei untersucht.  

CCMP-POMPEI
Mit finanzieller Unterstützung durch das ERC Starting Grant Projektes CCMP-POMPEI (EU Förderung No 240583) haben wir in Zusammenarbeit mit Atsuko Namiki, Hiroshima Universität, die Auswirkungen von „sloshing“ (Schwappen einer Flüssigkeit in einem Tank) auf geschichtete, gasreiche Magmenreservoire im BubbleLab untersucht.

(Here: link zu paper)

Die Ausbreitung von gas- und wassergefüllten Rissen in Gelatine dient der Simulation der „sill“   Bildung bzw. deren Reaktivierung in Calderen.

Unter Laborbedingungen können physikalische Mechanismen zur Druckerhöhung in Fluidreservoiren untersucht werden, bei denen eine Beteiligung von Bubbles postuliert wird.

Mit einem Schütteltisch werden Erdbeben simuliert, wobei echte Aufzeichnungen von Bodenbewegungen zur Anregung abgespielt werden können. Ein Kamerasystem misst Größe und Aufstiegsgeschwindigkeit von Gasblasen, Drucktransienten werden mit Sensoren erfaßt.

Verschiedene Sensoren messen u.a. den Druck in dem “Reservoir” (Plexiglasbehälter). Die Messsignale (bis in den kHz-Bereich) werden von einem modularen Datenaquisitionssystem (cDAQ) erfaßt und mit LabView visualisiert.


Dr. Heiko Woith HydrogeologieDr. Thomas R. Walter VulkanologieDr. Eleonora Rivalta
Vulkan- und Erdbebenphysik

Ausgwählte Publikationen relevanter experimenteller Arbeiten zu hydrothermalen und vulkanischen Prozessen:
Namiki, A., Rivalta, E., Woith, H. & Walter, T.R. (2016):
Sloshing of a bubbly magma reservoir as a mechanism of triggered eruptions. 
Journal of Volcanology and Geothermal Research, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2016.03.010.

Rivalta, E., Taisne, B., Bunger, A.P., Katz, R.F. (2014).
A review of mechanical models of dike propagation: Schools of thought, results and future directions.
Tectonophysics, 638, 1-42  

Woith, H.; Barbosa, S.; Gajewski, C.; Steinitz, G.; Piatibratova, O.; Malik, U.; Zschau, J. (2011):
Periodic and transient radon variations at the Tiberias hot spring, Israel during 2000-2005.
Geochemical Journal, 45, 6, 473-482.

Schöpa, A.; Pantaleo, M.; Walter, T. R. (2011):
Scale-dependent location of hydrothermal vents: Stress field models and infrared field observations.
Journal of Volcanology and Geothermal Research, 203, 3-4, 133-145.

Burchardt, S.; Walter, T. R. (2010):
Propagation, linkage, and interaction of caldera ring-faults: comparison between analogue experiments and caldera collapse at Miyakejima, Japan, in 2000.
Bulletin of Volcanology, 72, 3, 297-308.

Rivalta E., 2010.
Evidence that coupling to magma chambers controls the volume history and velocity of laterally propagating intrusions.
J. Geophys. Res., 115, B07203, doi:10.1029/2009JB006922.

Maccaferri F., Bonafede M. and Rivalta E., 2010.
A numerical model of dyke propagation in layered elastic media
Geophys. J. Int., Vol. 180 N. 3, Pag. 1107 - 1123, doi:10.1111/j.1365-246X.2009.04495.x.

Le Corvec, N.; Walter, T. R. (2009):
Volcano spreading and fault interaction influenced by rift-zone intrusions: Insights from analogue experiments analyzed with digital image correlation.
Journal of Volcanology and Geothermal Research, 183, 3-4, 170-182.

Rivalta, E., and Dahm, T., 2006.
Acceleration of buoyancy-driven fractures and magmatic dikes beneath the free surface Geophys. J. Int., vol. 166, Issue 3, Pag. 1424-1439

Möller, P.; Woith, H.; Dulski, P.; Lüders, V.; Erzinger, J.; Kämpf, H.; Pekdeger, A.; Hansen, B. T.; Lodemann, M.; Banks, D. A. (2005):
Main and trace elements in KTB-VB fluid: composition and hints to its origin.
Geofluids, 5, 1, 28-41.

Wang, R.; Woith, H.; Milkereit, C.; Zschau, J. (2004):
Modelling of hydrogeochemical anomalies induced by distant earthquakes.

Geophysical Journal International, 157, 2, 717-726.

Woith, H., Wang, R.J., Milkereit, C., Zschau, J., Maiwald, U. & Pekdeger, A.  (2003):
Heterogeneous response of hydrogeological systems to the Izmit and Duzce (Turkey) earthquakes of 1999

Hydrogeology Journal, 11, 113-121

Hydrogeologie

Heiko Woith
Wissenschaftler
Dr. Heiko Woith
Erdbeben- und Vulkanphysik
Helmholtzstraße 6/7
Gebäude H 7, Raum 209
14467 Potsdam
+49 331 288-1234
Zum Profil

Vulkanologie

Thomas Walter
Arbeitsgruppenleiter
Priv. Doz. Dr. Thomas Walter
Erdbeben- und Vulkanphysik
Helmholtzstraße 6/7
Gebäude H 7, Raum 318
14467 Potsdam
+49 331 288-1253
Zum Profil

Vulkan- und Erdbebenphysik

Eleonora Rivalta
Arbeitsgruppenleiterin
Dr. Eleonora Rivalta
Erdbeben- und Vulkanphysik
Helmholtzstraße 6/7
Gebäude H 7, Raum 304
14467 Potsdam
+49 331 288-28659
Zum Profil