Modellierung reaktiver Transportprozesse in porösem Fels

Untersuchungen von reaktiven Transportvorgängen in porösen Fels sind ein zentrales Thema der Geowissenschaften. Das vorliegende Projekt soll dazu beitragen diese Prozesse qualitativ als auch quantitativ zu erfassen. Zu diesem Zweck wird ein geochemoporomechanisches Materialmodell entwickelt, das die Bildung und Lösung von Mineralien wie sie bei Massentransportphänomenen auftreten beschreibt. Die chemischen Prozesse wie Mineralbildung und Minerallösung sollen thermodynamisch konsistent im Rahmen der Mechanik poröser Medien formuliert werden. Für eine hinreichend genaue Analyse der ablaufenden chemischen Reaktionen werden Parameter zur Beschreibung der Reaktionskinetik an entsprechenden Versuchen kalibriert. Das mathematische Modell zur Beschreibung von reaktiven Transportvorgängen in porösen Fels wird anschliessend mittels geeigneter numerischer Methoden gelöst. Die algorithmische Formulierung des Problems wird in einer von Längen- und Zeitmassstäben invarianten Form implementiert. Diese Vorgehensweise entspricht den stark unterschiedlichen Grössenordnungen von Längen- und Zeitmassstäben, wie sie bei numerischen Simulationen in der Geowissenschaft auftreten. Da die Grössenordung der Gleichungssysteme bei den numerischen Analysen sehr gross ist, sind die entwickelten Algorithmen besonders hinsichtlich Genauigkeit und Effizienz zu testen. Die Durchführung umfassender Parameterstudien wird Aufschlüsse über etwaige Einflüsse von Modellparametern auf geophysikalische Prozesse geben. Aus Vergleichen mit geologischen Felddaten können Rückschlüsse auf die Qualität des entwickelten konstitutiven Modells für porösen Fels gezogen werden.