Bubble & Volcano Lab: GFZ

Ein Versuchslabor für die Untersuchung von (a) Fluiden in hydrothermalen Gebieten und (b) vulkanisch-tektonischen Prozessen.

Wir simulieren Fluide, Gase und Feststoffe in zwei getrennten, aber eng miteinander verbundenen Labors. Zum einen verfügen wir über ein experimentelles Labor zur Untersuchung von Gasblasen in hydrothermalen und vulkanischen Systemen und auf einem Erdbeben-Schütteltisch. Zweitens untersuchen wir die Verformung und Bruchbildung von skalierten analogen Vulkanen und ihren Intrusionen.

Ziel des Bubble & Volcano Lab ist es, die Entwicklung und (Un-)Stabilität von großvolumigen Reservoiren in der Tiefe der Kruste oder des Mantels zu untersuchen. Durch die Untersuchung des Verhaltens und der räumlichen und zeitlichen Veränderungen von Fluid-Gesteins-Systemen in Kombination mit Feldbeobachtungen und Überwachung wollen wir seismische Gefahren, hydrogeologische Auswirkungen und Vulkanausbrüche besser verstehen.

Das Bubble & Volcano Lab zielt auch darauf ab, Deformationen und Verwerfungen im Zusammenhang mit Magmakammern, Intrusionen und Flankeninstabilität zu untersuchen. Wir untersuchen insbesondere die komplexen Wechselwirkungen dieser Prozesse und wenden hochauflösende Computer-Vision-Ansätze für die Subpixel-Analyse an.

Gasblasenlabor: Untersuchung von Blasenprozessen in hydrothermalen und vulkanischen Gebieten

Vulkanische Prozesse sind häufig mit der Migration und Verformung von Flüssigkeitssystemen und deren Wechselwirkung mit dem Wirtsgestein verbunden, einschließlich Bruchbildung, Wachstum von mit Flüssigkeit gefüllten Brüchen und Eindeichung. Die Fluid-Gesteins-Kopplung funktioniert in zwei Richtungen: Einerseits wird davon ausgegangen, dass Veränderungen im Zustand von Fluid-Gesteins-Systemen tektonische Erdbeben fördern oder hemmen, Veränderungen in der Seismizität hervorrufen und die vulkanische Aktivität verändern; andererseits werden Fluidmigration, Gasfreisetzung, Phasenveränderungen und Lagerstättenaufbau durch anthropogene, tektonische und vulkanische Spannungsänderungen gesteuert.

Fotos des Gasblasenlabors und der Schütteltischanlage (Raum H7/120):

Schütteltisch des Bubble Labs. *(T. Walter, GFZ)*

Computervision-Kamera in höchster Qualität. *(T. Walter, GFZ)*

Drucksensoren messen die Veränderungen an den Tanks während der Erdbebensimulationen. *(T. Walter, GFZ)*

Das Blasenlabor ermöglicht Aufnahmen in transparenten und kontrollierten Medien. *(T. Walter, GFZ)*

Experimentelle Ausrüstung für kontrollierte Flüssigkeitsströmungen. *(T. Walter, GFZ)*

Hochgeschwindigkeitskamera für schnelle Bruch- und Berstprozessstudien. *(T. Walter, GFZ)*

Untersuchung der Nukleation von Blasen in einem Tank. *(T. Walter, GFZ)*

Ein Aufbau vor der Aufzeichnung. *(T. Walter, GFZ)*

Vulkanlabor: Untersuchung vulkantektonischer Prozesse

Wir simulieren Erdbebenbodenbewegungen mit einem Schütteltisch, indem wir echte Erdbebenaufzeichnungen abspielen, verfolgen die Größe und Geschwindigkeit aufsteigender Blasen mit einem Kamerasystem und quantifizieren Transienten mit einer Reihe von Drucksensoren. Mit einem DAVIS-Partikelimage-Velocimetry-System können wir Partikelverschiebungen in flüssigen Materialien verfolgen.

Wir simulieren die Extrusion und Kontraktion vulkanischer Kanäle in granularer und viskoser Rheologie, wobei wir die Extrusion von Lavadomen, den Kollaps der Kanäle und deren Rückzug nachahmen. Wir zeichnen die Sequenz mit Hilfe von DIC-Techniken (Digital Image Correlation) auf, die von Seiten- und Draufsichtkameras stammen.

Fotos des Vulkanlabors und der vulkanotektonischen Versuchsanlagen (Raum H7/109):

Die vulkanotektonischen Rigs ermöglichen die Extrusion von Magmagängen und Deichen in analogen Materialien. Dabei handelt es sich um skalierte granulare und viskose Materialien. Im Vorfeld der Experimente werden materialwissenschaftliche Studien durchgeführt. *(T. Walter, GFZ)*

Verlagerung eines sich ausbreitenden Vulkans. *(T. Walter, GFZ)*

Granularexperimente von Kuppelausstülpungen auf asymmetrischem und gestütztem Untergrund. Mit Hilfe von PIV-Systemen überwachen wir Verformung und Dehnung (Verwerfungen) in hoher Auflösung. *(T. Walter, GFZ)*

Ausgwählte Publikationen relevanter experimenteller Arbeiten zu hydrothermalen und vulkanischen Prozessen:

Hurley, M., N. Oestreicher, A. Shevchenko, G.P. De Pascale, M.T. Gudmundsson, E.A. Gudnason, G.P. Hersir, B.F. De Jarnatt, A. Joachim, J. Ruch, F.L. Bonali, and T.R. Walter, 2025
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