Project

Back to overview

Assessing subaquatic groundwater discharge via pockmarks in peri-alpine lakes

English title Assessing subaquatic groundwater discharge via pockmarks in peri-alpine lakes
Applicant Wirth Stefanie
Number 175820
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Centre d'hydrogéologie et de géothermie Université de Neuchâtel
Institution of higher education University of Neuchatel - NE
Main discipline Other disciplines of Earth Sciences
Start/End 01.05.2018 - 30.04.2022
Approved amount 621'797.00
Show all

Keywords (15)

pockmarks; subaquatic groundwater discharge; lakes; groundwater-surface water interaction; fluid flow; monitoring; sediment cores; Holocene; hydro-climate; earthquakes; methane; karst; Jura Mountains; Lake Neuchatel; Lake Thun

Lay Summary (German)

Lead
Als Pockmarks werden Vertiefungen an der Sedimentoberfläche in Ozeanen und Seen bezeichnet. Pockmarks markieren Stellen, an denen Grundwasser und/oder Gas wie zum Beispiel Methan aus tieferen Sedimentschichten oder aus dem darunterliegenden Festgestein aufsteigt und somit in den Ozean/See gelangt.In Schweizer Voralpenseen wurden Pockmarks erst kürzlich anhand hochauflösender Tiefenmodelle des Seegrundes entdeckt. Dementsprechend wenig ist bis anhin bekannt über ihre Funktion als Teil des Seesystems in hydrologischer und biochemischer Hinsicht.
Lay summary

Abschätzung des subaquatischen Zuflusses von Grundwasser durch Pockmark-Strukturen in Schweizer Seen

Inhalt und Ziel des Forschungsprojektes

Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist es zu untersuchen, von welcher Wichtigkeit Pockmarks für den Wasserkreislauf und das biochemische Budget eines Sees sind. Zusätzlich möchten wir verstehen, warum und wann in der Vergangenheit sich diese Strukturen gebildet haben und ob sie seit ihrer Bildung kontinuierlich aktiv waren, d.h. ob der Fluss von Wasser und/oder Gas konstant ist, oder ob die Aktivität zusammen mit Klimaveränderungen und Ereignissen wie Erdbeben variiert.

Die Hauptstudiengebiete sind der Neuenburgersee und der Thunersee. Beide Seen bieten mehrere Pockmark-Standorte mit geologisch-tektonisch und sedimentologisch unterschiedlichen Eigenschaften. Die Herangehensweise besteht aus einem kontinuierlichen Monitoring am Seegrund sowie der Entnahme von Sedimentkernen. Mit diesem kombinierten Ansatz zielen wir darauf, die aktuelle Aktivität der Pockmarks und den Grundwasserfluss zu bestimmen, wie auch die Aktivität der Pockmarks in der Vergangenheit zu rekonstruieren.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojektes

Dieses Forschungsprojekt wird neue und wichtige Informationen über die Funktionsweise und Bedeutung von Pockmarks in Seen generieren. Insbesondere erwarten wir wesentliche Erkenntnisse über die Wichtigkeit des subaquatischen Grundwasserzuflusses in Seen. Über diesen versteckten Teil des Wasserkreislaufes ist bis anhin äusserst wenig bekannt.

Direct link to Lay Summary Last update: 23.02.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Abstract

Pockmarks, i.e. crater-like depressions, are common morphological features on the floor of oceans and lakes. Pockmarks are created by the focused upwards migration of fluids (gas and water) through the unconsolidated sediment column. While marine pockmarks have been recognized as usual component of the oceans, the importance of pockmarks in lakes as element of the hydrological, chemical and sedimentological system has been less well researched.This project will examine pockmarks with diameters from 0.5 to 160 m recently detected in two peri-alpine lakes in Switzerland, Lake Neuchatel and Lake Thun. We will study the present and Holocene fluid-flow activity with a focus on subaquatic groundwater discharge (SGD). In addition, we will examine the initial formation mechanisms considering the tectonic, geological and hydrogeological setting, as well as the composition of the unconsolidated lacustrine sediments (e.g. organic matter accumulations enabling methane formation). We select pockmark sites in three different geological settings: adjacent to karst systems, situated on gypsum-carrying bedrock, and located on glacially carved sedimentary bedrock. The presence of tectonic faults is important at least in the case of the former two settings.We will study throughout a hydrological year the fluid-flow dynamics at the pockmarks connected to the karst system. We will install a monitoring system and retrieve monthly samples from the sediment suspension in the pockmark craters. The ultimate goal is to quantify SGD through the pockmarks and to assess its importance for the lake system. In addition, we will investigate presently dormant pockmarks using a sediment-core approach (sedimentology, stratigraphy, geochemistry, pore-water chemistry, organic geochemistry) together with reflection seismic profiles. The objective is to characterize possible scenarios that triggered pockmark activity in the course of the Holocene or led to their initial formation; e.g. pressure release due to glacial melting enabling fluid migration and the reorganization and inversion of groundwater flow paths, earthquakes, hydro-climatic changes, migration of gas originating in the bedrock, or methane formation through decomposition of organic matter. At the same time, these studies aim at promoting pockmark research in the lacustrine realm.This project thus yields novel knowledge on the following questions: What is the influence of pockmarks on the lakes’ hydrological and chemical, i.e. nutrient, budget? What are the triggers and mechanisms initiating and modifying fluid-flow activity at pockmarks on the Holocene time scale?
-