Doktorsvörn í jarðeðlisfræði - Daniel Anthony Ciraula

Streymi

Doktorsefni: Daniel Anthony Ciraula

Heiti ritgerðar: Að skilja bindingu brennisteinsvetnis í steindir: Samhæfð jarðeðlisfræðileg og jarðefnafræðileg nálgun á jarðhitasvæði Nesjavalla, Íslandi (Understanding Hydrogen Sulfide Mineral Storage: Joint Geophysical Surveying and Geochemical Modeling at the Nesjavellir Geothermal Site, Iceland)

Andmælendur:
Dr. Adrian Mellage, lektor við Deild umhverfis- og byggingafræði, Háskólinn í Kassel, Þýskalandi
 Dr. Mariette Wolthers, prófessor við Háskólann í Utrecht, Hollandi.

Leiðbeinandi:  Dr. Léa Lévy, vísindamaður við CNRS-INSU, Geosciences Rennes UMR, Frakklandi

Umsjónarkennari:  Dr. Halldór Geirsson, prófessor við Jarðvísindadeild Háskóla Íslands

Einnig í doktorsnefnd:
Dr. Barbara Kleine-Marshall, prófessor við GeoZentrum við Friedrich-Alexander-Universität, Þýskalandi
Dr. Gianluca Fiandaca, prófessor við Jarðvísindadeild “Ardito Desio”, Háskólinn í Mílanó, Ítalíu
Dr. Samuel Scott, rannsóknasérfræðingur við Jarðvísindastofnun Háskólans

Doktorsvörn stýrir:  Dr. Andri Stefánsson, prófessor og deildarforseti Jarðvísindadeildar Háskóla Íslands

Ágrip

Til að draga úr losun brennisteins frá jarðvarmavinnslu til andrúmsloftsins er hægt að dæla brennisteinsvetni (H₂S) niður í berggrunninn, þar sem það hvarfast við basalt og myndar glópagull (pýrít). Hins vegar eru ferlin sem stýra steindamyndun í jörðinni nokkuð óviss og aðferðir til vöktunar steindamyndunar takmarkaðar.

Markmið þessarar ritgerðar er að bæta vöktun og skilning á steindamyndun H₂S í berggrunni í grennd við Nesjavelli á Suðvesturlandi, með samþættingu endurtekinna jarðeðlisfræðimælinga og efnahvarfa- og flutningslíkana. Jarðeðlisfræðilega aðferðin byggir á jafnstraumi og spanskautun bergs (e. direct current and induced polarization, DCIP). Aðferðin er næm fyrir rúmmálshlutfalli glópagulls og er rannsakað hvort hægt sé að nota aðferðina sem vöktunartæki H₂S bindingar.

Jarðefnafræðileg grunnvatnslíkön tengja vökvaflæði í jarðskorpunni og efnaflutning við efnahvörf milli H₂S-ríkrar vatnslausnar og basalts. Líkönin eru notuð til að varpa ljósi þau ferli sem stýra steindamyndun og einnig til að hjálpa við túlkun jarðeðlisfræðilegra gagna. Líkönin voru kvörðuð með borholumælingum og nýta efnasamsetningu vökva og bergs úr sýnum sem safnað var á Nesjavöllum.

Framkvæmdar voru endurteknar DCIP mælingar í borholum og á yfirborði til að meta steindamyndun á mismunandi skölum. Greindar voru nákvæmar breytingar við niðurdælingarholur og steindamyndun í jarðskorpunni. DCIP mælingar í borholum sýna breytingar í samræmi við myndun glópagulls, en yfirborðsmælingar gera það ekki.

Hermanir sýna að DCIP mælingar milli tveggja borhola gætu mögulega greint steindamyndun H₂S í jarðskorpunni. Efnahvarfa- og flutningslíkönin sýna undirliggjandi ferli sem takmarka getu yfirborðs DCIP mælinga til að greina steindamyndun H₂S. Hermarnir spá því að mest af niðurdældu H₂S myndi steindir, en glópagullið sé of dreift og djúpt til að yfirborðsmælingar DCIP geti greint það. Auk þess sýna líkönin að niðurdæling rafleiðandi jarðhitavökva og myndun smektíts lækka eðlisviðnám, sem dregur úr DCIP merkjum.

Samanburður á rafjarðeðlisfræðilegum gögnum frá 1985 og 2020 staðfestir lækkun í rafviðnámi á rannsóknasvæðinu. Loks sýna grunnvatnslíkön að breytilegt flæði og flutningsferlar milli sprungna og bergmassans hafa veruleg áhrif á ummyndun basalts og dreifingu glópagulls. Ummyndun járnríkra steinda í basaltinu er lykilatriði í myndun glópagulls.

Í heild sinni dregur ritgerðin fram flókið eðli steindamyndunar H₂S í jarðskorpunni og mikilvægi þverfaglegra aðferða til að meta og vakta eðlis- og efnafræði grunnvatnskerfa. 

Um doktorsefnið

Daniel Ciraula fæddist árið 1997 í Round Rock, Texas, í Bandaríkjunum. Hann ólst upp í Colorado ásamt foreldrum sínum og tveimur bræðrum. Hann stundaði nám við Colorado School of Mines á árunum 2015–2019 og lauk BS-gráðu í jarðeðlisverkfræði. Daniel hélt áfram námi við University of Wyoming þar sem hann rannsakaði uppbyggingu aflfræði goshvera og útskrifaðist með MS-gráðu í jarðeðlisfræði árið 2021. Hann hóf doktorsnám við Háskóla Íslands í október 2021 með styrk frá NordVulk.