Promotionsarbeiten

Poren-skalige Perspektiven zur Variabilität des Stofftransports in gebrochenem Gestein

Wenyu Zhou

PD Dr. Cornelius Fischer (HZDR)

Reaktiver Transport

Brüche in kristallinem Gestein spielen eine entscheidende Rolle beim Transport gelöster Stoffe, da sie den primären Stofftransport durch Fließkanäle in Gesteinen mit geringer Durchlässigkeit ermöglichen. Die Modellierung des reaktiven Transports, bei der gekoppelte Prozesse wie Advektion, Diffusion und Reaktion von gelösten Stoffen in kristallinen Gesteinsbrüchen berücksichtigt werden, ist weithin als wichtiger Ansatz zur Verbesserung des grundlegenden Verständnisses des Radionuklidtransports im Untergrund anerkannt. Eine verbesserte Charakterisierung der Geometrie kristalliner Klüfte und der Morphologie an der Oberfläche kann bei der Modellierung des reaktiven Transports wertvolle Einblicke in das Transportverhalten gelöster Stoffe liefern, das sowohl die Sorption als auch die Diffusion von Radionukliden auf Mineraloberflächen erheblich beeinflusst. Die Erstellung eines vollständigen Modells für den reaktiven Transport von Brüchen auf Porenebene ist jedoch keine leichte Aufgabe. Eine quantitative Untersuchung der Faktoren, die das Verhalten des reaktiven Transports durch Brüche beeinflussen, wird zu genaueren Vorhersagen führen und letztlich die Zuverlässigkeit von Sicherheitsbewertungen für tiefe nukleare Endlager verbessern sowie die Bewertung der Kontaminationsmigration erleichtern.

In diesem Projekt werden dreidimensionale reaktive Transportmodelle verwendet, um die Auswirkungen der Eigenschaften der Bruchöffnungen auf den Flüssigkeitsfluss und -transport zu untersuchen. Weitere wichtige reaktive Transportprozesse sind die Auflösungs- oder hydrothermale Alterationskinetik und die Matrixdiffusion. Sowohl poren- als auch mikroskalige Bruchmodelle werden getestet und angewandt, um ein mechanistisches Verständnis des reaktiven Transports und des Retentionsverhaltens im Bruch-Matrix-System von granitischem Wirtsgestein zu gewinnen. Insgesamt wird diese Arbeit zu einer robusteren Umsetzung des gekoppelten advektiven-diffusiven Transports in numerischen Modellen des reaktiven Transports auf der Porenskala beitragen.