Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Tectonic Stress Effects on Arctic Methane Seepage - SEAMSTRESS

Alternativ tittel: Tektoniske Stress Effekter på metan gass utslipp i Arktis

Tildelt: kr 8,0 mill.

SEAMSTRESS har som mål å undersøke geologiske mekanismer som driver utslipp av drivhusgasser fra havbunnen. Store mengder metan gass slippes fri fra bunnsedimenter til havet. Dette påvirker den globale karbon syklusen, og også havbunnsøkologien, og det øker risikoen for undersjøiske skred og sedimenter. Dette er et utbredt fenomen som har skjedd i hundrevis og til og med millioner av år med intensiveringsperioder. SEAMSTRESS gir en dypere forståelse av hvordan is- og midthavsryggprosesser har påvirket tidspunktet og mengden av gas som slipper ut fra den arktiske havbunnen. Den første halv av prosjektet fokuserte på å samle en eksepsjonell mengde av tverrfaglige data ombord Norges forsknings fartøyer FF Helmer Hanssen og FF Kronprins Haakon. Sommeren i 2019 samlet det første prosjekteksperimentet, i samarbeid med Geomar, seismiske bølger fra 21 seismometre plassert rundt et sted der metanbobler stiger fra havbunnen i mer enn 900 meter mot havoverflaten. I 2019 ble det gjennomført en stor ekspedisjon for å samle store sedimentkjerner (> 10 m lange) og Piezometer data (i samarbeid med Ifremer i Frankrike), for å studere de petrofysiske egenskapene til sedimentet (f.eks. tetthet, permeabilitet, styrke, magnetisk mottakelighet, trykk og temperatur). Disse dataene har blant annet avdekket at tidevann og små endringer i havnivået er tilstrekkelig for å utløse utslipp av gass fra sedimentet under dypt vann langs den Svalbard kontinentale marginen. Til tross for de uvanlige tider på grunn av Corona, har prosjektet utviklet seg kontinuerlig. Sommeren i 2020 samlet vi med suksess 7 seismometre som registrerte seismisitet rundt et aktivt gassutslippsområde siden i 2019. Høsten i 2020 ble det gjennomført en annen stor ekspedisjon hvor vi samlet mere Piezometer data (in-situ sediment trykk og temperatur) på 4 hover områder langs marginen for å studere om trykket øker eller senker fra midthavnrygget mot Svalbard. In-situ sediment trykk og sediment styrke målinger blir i tillegg nyttig til undersøkelser tilknyttet til marint sediment stabilitet og geofarer. Som en del av samarbeidet med den Alfred Wegener Instituttet (AWI) plasserte vi 10 ekstra seismometre ved den nordlige avslutningen av den Knipovich-midthavsryggen. Vi hentet disse instrumentene i sommeren 2021. Analyses visser at det er en stor mengde av registrerte lokal seismisitet som er ikke registrert av de standard land stasjonene. Vi analyserer implikasjoner av den lokal seismisitet på metan utslipp aktivitet og sediment stabilitet. Et annet eksperiment med havbunn seismometer ble gjennomført for å studere hvordan den lokal stress påvirker transport av horisontal bølger gjennom gass strukturer i sedimentet. Stipendiater og postdoktorer innen prosjektet har deltatt i mange sjøekspedisjoner og fått uvurderlig erfaring med samling, prosessering og tolkning av geologiske og geofysiske data. En innledende modell av stress knuttet til fremføring og tilbaketrekning av Barents is og den nåværende vekten til Greenlandsisen, er nå tilgjengelig. Denne modellen antyder at stressregimet har vært gunstig for å åpne sprekker som frigjører gass i perioder etter de største isbreene. Denne mekanismen kan forklare periodisk intensivering av gassutslipp på den Arktiske kontinental marginen. Numeriske simulasjoner av de fysiske mekanismene som kontrollerer gassutslipp hjelper oss å forstår hvorfor metan utslipp har stoppet langs en del av marginen. Det er en relasjon mellom gass mengden i sediment og trykk på sprekker som kontrollerer hvor mye og når skjer utslippen. Forskjellige geologiske prosesser påvirker trykkfeltet som kontrollerer utslippen. Avanserte analyser av høyoppløselige 3D-seismiske data av en doktorgradsstudent i prosjektet avdekket sprekker og forkastningssegmenter i en skala som ikke er undersøkt tidligere. Disse funnene har viktige implikasjoner for å utvikle effektive tilnærminger for å karakterisere den grunne undervannsbunnen, kritisk for offshore-utbygginger. Konseptene og tilnærmingene som SEAMSTRESS utvikler for vest-Svalbard-marginen viser seg å være relevante for andre regioner, for eksempel den Barentshavet, der metanutslipp er spredt og domineres av komplekse post- istektonisme. Prosjektet gir unike feltbegrensede casestudier for testing av numeriske simuleringer av komplekse mekaniske, kjemiske og sedimentar væsketransportprosesser som samhandler i den grunne undergrunnen. Disse modellene og en stor mengde geofysiske, petrofysiske og geologiske datasett er tilgjengelige for alle som er interessert i videre analyser.

Main project outcomes include: - Glacially and tectonically induced stress models for the Fram Strait. - Integrated geophysical, petrophysical, geomechanical and geological data sets from Arctic continental margins: • Ocean Bottom Seismological (OBS) data from the Fram Strait – critical for constraining the location of earthquakes and detecting micro-seismicity along the margins. • OBS (active source) P-Wave and S-Wave data sets critical for anisotropy studies • In-situ pressure and temperature data from piezometer and heat flow lance instrumentation • High resolution 2D and 3D seismics • Calypso cores along a main contourite drift in the Fram Strait -Integrated approaches to understand sub-seabed deformation and fluid transport processes in the shallow subsurface (20 peer review articles and several publications and presentations to the general public). Outcomes derived from project results: - Use of the glacial stress model for geohazard analyses (e.g., in France - Damon et al., 2023 https://doi.org/10.1016/j.tecto.2023.230035 ) - Successful development of an IODP proposal in the Fram Strait (schedule for summer 2024). (relies on expertise and data by the SEAMSTRESS team). https://iodp.tamu.edu/scienceops/expeditions/eastern_fram_strait_paleo_archive.html - Establishment of international cooperation with Ifremer to bring instrumentation for petrophysical characterization for slope stability assessments in the Arctic on R/V KH. - Synergies with industry- Equinor Akademia Avtalen funding program – project proposal accepted for funding (post-doctoral position for 2024 for further developing the shallow fracture mapping approach started within seamstress) - Development of educational material (e.g., a case study for a master and PhD student course at UiT – Integrated Geological and Geophysical interpretation) Impacts: The SEAMSTRESS project marks the basis for a long-term research direction focused towards the development of integrated approaches for sub-seabed characterization in glaciated continental margins. The multidisciplinary data generated through the project is now available for a wide range of advanced geophysical and petrophysical studies (e.g., MSCA fellowship). Similarly, the data is being used to generate unique field constrained GeoModels that can be used to benchmark numerical models and simulations developed by international groups to study processes interacting in the shallow subsurface. The project has reinforced cooperation and established new synergies with groups in AWI, IFREMER, Geomar, Marum, NGI, NGU, GEUS, The University of Texas at Austin, and Uppsala University, to advance our understanding of processes that interact in the shallow subsurface at continental margins. These synergies impact climate research, by advancing knowledge on complex carbon transport processes, and support industry in addressing the challenges of offshore developments for the transition to cleaner and more sustainable energies.

Vast amounts of methane are released from marine sediments at continental margins (seepage). The episodic release of methane from the seafloor is one of the most congruent explanations to pre-industrial atmospheric temperature peaks. Despite this, the mechanisms controlling when and how much methane is released are not fully understood. Seafloor methane release is prevalent across the west-Svalbard passive margin where the mechanical behavior of near-surface sediments due to tectonic forcing has not been investigated. I hypothesize that regional stresses from Arctic mid-ocean ridges and post-glacial adjustments of the lithosphere, has controlled the timing and amount of gas released from the seafloor to the oceans over geological time. SEAMSTRESS is the first project investigating the effect of tectonic stresses on methane release across Arctic margins. The project will establish an approach for quantifying in-situ stress filed variations across west-Svalbard and develop a fully field-validated model of seafloor methane release coupled to regional stresses. Four cross-disciplinary experiments (seismological, geomechanical, 3D seismic and petrophysical) are designed to constrain in-situ stresses, sediment properties and fluid pressure to validate regional stress models. High quality experiments will be ensured through close collaboration with specialized national and international geotechnical and marine exploration institutes. After quantifying how stress field variations force methane dynamics across west-Svalbard, the approach pioneered here will be up-scaled to the entire Arctic and even globally, to reconstruct long-term methane fluxes into the oceans, providing a step forward in our understanding of the links between near-surface earth systems, oceans and climate through the geological history.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek