Hydrodynamische Kopplung bei mikrobiell vermittelter Frakturmineralisation: Bildung von selbstorganisierten Grundwasserflusskanälen

1 Hinweise auf fossilierte Mikroorganismen, die in mineralischen Adern und mineralgefüllten Brüchen eingebettet sind, wurden in einer Vielzahl geologischer Umgebungen beobachtet. Mikroorganismen können als Stätten für die Nukleation von Mineralien wirken und auch zur Mineralniederschlagbildung beitragen, indem sie lokale geochemische Veränderungen hervorrufen. In dieser Studie untersuchen wir die grundlegenden Kontrollen der mikrobiell induzierten Mineralisation in Gesteinsfrakturen. Insbesondere untersuchen wir systematisch den Einfluss der Hydrodynamik (Geschwindigkeit, Durchflussrate und Öffnungsweite) auf die mikrobiell vermittelte Calcitniederschlagbildung. Unsere experimentellen Ergebnisse zeigen, dass ein Rückkopplungsmechanismus zwischen der schrittweisen Verringerung der Öffnungsweite der Fraktur aufgrund der Niederschlagbildung und ihrem Einfluss auf die lokale Fluidgeschwindigkeit existiert. Diese Rückkopplung führt zu Mineralfüllverteilungen, die den Fluss in eine kleine Anzahl von selbstorganisierenden Kanälen fokussieren, die offen bleiben und letztendlich das endgültige Öffnungsprofil steuern, das den Fluss innerhalb der Fraktur regelt. Diese hydrodynamische Kopplung kann die Beobachtungen im Feld hinsichtlich diskreter Grundwasserflusskanalisierung innerhalb der mineralischen Geometrien von Frakturfüllungen erklären, wo starke Hinweise auf mikrobiologische Aktivität berichtet werden.