Doktorsvörn í jarðfræði - Sandra Ósk Snæbjörnsdóttir

Miðvikudaginn 19. apríl ver Sandra Ósk Snæbjörnsdóttir doktorsritgerð sína við Jarðvísindadeild Háskóla Íslands. Ritgerðin ber heitið: Steinrenning koltvíoxíðs í basalti (Mineral storage of carbon in basaltic rocks).

Andmælendur eru dr. Jordi Cama, vísindamaður við Umhverfisstofnun Spánar, og Stuart Haszeldine, prófessor í kolefnisbindingu við Háskólann í Edinborg.

Leiðbeinandi er dr. Sigurður Reynir Gíslason, vísindamaður við Jarðvísindastofnun Háskólans, og dr. Eric H. Oelkers, prófessor við University College í London, rannsóknastjóri við CNRS í Toulouse í Frakklandi og gestaprófessor við Háskóla Íslands. Einnig sátu í doktorsnefnd prófessor Martin Stute, prófessor við Barnard College og vísindamaður við Columbia háskóla í New York, og dr. Hjalti Franzson, jarðfræðingur hjá ÍSOR.

Magnús Tumi Guðmundsson, prófessor og deildarforseti Jarðvísindadeildar Háskóla Íslands, stýrir vörninni sem fram fer í Hátíðasal Háskóla Íslands og hefst kl. 14.00.

Ágrip af rannsókn

Steinrenning koltvíoxíðs (CO2) í basalti er aðferð sem nýst gæti til að binda kolefni til frambúðar. Mikilvægt er að bindingin verði varanleg, svo sátt verði um hana í samfélaginu og tilætlaður árangur náist. Markmið þessarar rannsóknar var tvíþætt, annars vegar að meta getu basalts til kolefnisbindingar, og hins vegar að varpa ljósi á steinrenningarferlið með jarðefnafræðilegum gögnum af CarbFix-svæðinu á Hellisheiði, en þar eru borholur bæði til niðurdælingar og vöktunar.

Rannsóknir á aðferðinni eru enn á frumstigi. Til að öðlast skilning á ferlinu er mikilvægt að skoða náttúrulegar hliðstæður á svæðum þar sem kolefni binst í basalti við háan hlutþrýsting koltvíoxíðs. Magn og dreifing karbónatsteinda í bergi íslenskra háhitasvæða nýtast til þess að leggja mat á það hversu mikið kolefni má binda í basalti, en vísbendingar eru um mikla bindigetu basalts. Möguleikarnir eru mestir á hafsvæðum, þar sem binda má kolefni í úthafshryggjum á öruggan hátt til langs tíma. Fræðilega séð væri unnt að binda þar margfalt magn þess koltvíoxíðs sem ætla mætti að losna myndi ef öllu jarðefnaeldsneyti á jörðinni yrði brennt. Ísland er stærsti landmassi ofansjávar á úthafshrygg, um 103.000 km2 að flatarmáli. Það er að mestu úr basalti og því kjörinn vettvangur til að þróa þessa aðferð til kolefnisbindingar.

Tvær niðurdælingartilraunir voru gerðar á CarbFix-svæðinu, 175 tonnum af hreinu koltvíoxíði og 73 tonnum af blöndu koltvíoxíðs og brennisteinsvetnis, var dælt niður í basaltlög á 500-800 m dýpi við 30-50°C hita. Gasið var leyst í vatni við niðurdælingu. Efnasamsetning vökvans var vöktuð fyrir, eftir og á meðan á niðurdælingu stóð. Í báðum tilraunum mátti greina hraða aukningu í styrk kalsíums, magnesíums og járns í vatnssýnum, sem safnað var úr vöktunarholu næst niðurdælingarholunni á meðan á niðurdælingu stóð. Pýrít greindist í vatnssýnum úr niðurdælingarholunni og sýnir það að brennisteinsvetnið steinrann áður en það náði vöktunarholunni. Í júlí 2013 bilaði dæla í holunni af völdum kalsítútfellinga og staðfesti þar með steinrenningu koltvíoxíðsins sem dælt var niður. Efnavarmafræðilegir útreikningar benda til síderít-mettunar um fjórum vikum og til kalsít-mettunar um þremur mánuðum eftir upphaf hvorrar niðurdælingar. Pýrít reiknast yfirmettað í sýnum teknum bæði fyrir og eftir niðurdælingu blöndunnar og meðan á henni stóð. Massajafnvægisútreikningar, byggðir á óhvarfgjörnum ferilefnum sem dælt var niður með gasinu, staðfesta að meira en 95% koltvíoxíðsins hafði bundist í steindir innan tveggja ára og megnið af brennisteinsvetninu innan fjögurra mánaða.

Efnagreiningar og önnur gögn úr koltvíoxíðniðurdælingunni voru notuð til að herma samspil koltvíoxíðs, vatns og bergs á meðan á niðurdælingu stóð og eftir hana. Niðurstöður benda til þess að steinrenning þorra koltvíoxíðsins sé drifin af leysingu basaltglers. Þær benda þó einnig til leysingar á kristölluðu basalti þegar fyrstu merki um niðurdælingarvökvann koma fram í vöktunarholunni. Sú rennslisleið tengist sprungulekt, sem bendir til þess að sprungan skeri kristallaðri hluta hraunlagasyrpunnar. Engin karbónatsteind nær mettun í niðurdælingarvökvanum, en járnrík karbónöt á borð við síderít reiknast mettuð ef pH er hærra en ~4,6. Með aukinni leysingu bergs, og hækkandi pH-gildi, koma fram kalsíumríkari karbónöt á borð við kalsít. Á þessu stigi myndast meira af karbónatsteindum, auk kalsedóns,og síðar birtast zeólítar og smektít. Árangur niðurdælingarinnar ræðst af poruhluta og framboði á katjónum, en hvort tveggja takmarkast af myndun zeólíta og smektíts við pH hærra en ~6,5.

Um doktorsefnið

Sandra er fædd 29. desember 1983. Hún hóf nám í jarðfræði við Háskólann í Gautaborg haustið 2006 eftir árs nám í sellóleik við Tónlistar- og leiklistarakademíuna þar í borg. Hún lauk BS-prófi frá Háskóla Íslands í febrúar 2009, hóf þá störf sem jarðfræðingur við ÍSOR. Hún lauk meistaraprófi frá Háskóla Íslands síðla árs 2011, en meistaraverkefnið fjallaði um jarðhitaummyndun og myndun leirsteinda. Sandra hóf doktorsnám sumarið 2012. Verkefnið var unnið við Háskóla Íslands auk þriggja mánaða við Lamont Doherty jarðfræðistofnunina við Columbia háskóla í New York snemma árs 2016.