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 Experimentelle und Theoretische Petrologie
Letzte Änderung
25.10.2017
 

Forschungsprofil der Arbeitsgruppe



Forschungsprofil: Experimentelle und theoretische Petrologie und Geochemie

Das bessere Verständnis der bis heute währenden Differentiationsprozesse innerhalb des silikatischen Mantels und der Kruste der Erde bzw. - allgemeiner ausgedrückt - terrestrischer Planeten gehören zu den vornehmlichen Forschungsinteressen der Arbeitsgruppe. So werden zum Beispiel Interaktionsprozesse zwischen Mineralphasen, silikatischen Schmelzen und fluiden Phasen im Mikro- bis Nanometermaßstab oder großräumige Magmenmischungs- und Differenzierungsprozesse studiert.
Schwerpunkte liegen aber auch in dem angewandten Bereich der Mineralogie und den Materialwissenschaften. Beispielsweise können basierend auf den Ergebnissen von Simulationen von chemischen und physikalischen Wechselbeziehungen von eingepresstem CO2 mit zirkulierenden salinaren fluiden Phasen und dem Speicher- und Deckgestein günstige bzw. ungünstige Formationsspeichereigenschaften abgeschätzt und somit Grenzwerte für potentielle CO2-Speichergesteine festgelegt werden oder strukturell kontrollierte nano-polykristalline Keramiken aus weltmarktunabhängigen Geomaterialien und mit exzellenten mechanischen Eigenschaften scheinen potentiell geeignet zu sein, ökonomisch kritische metallische Rohstoffe, die vielfach zur Produktion von mechanisch besonders widerstandsfähigen Materialen benötigt werden, zu ersetzen.
Darüberhinaus gilt das Interesse der Entstehung und Entwicklung der frühen Erde und anderer terrestrischer Planeten und den sich daran anschließenden Wechselwirkungen zwischen den koexistierenden Phasen während der Kern-Mantel-Separation.



Einige aktuelle Forschungsprojekte

  • physiko-chemische Wechselbeziehungen zwischen koexistierenden Silikat-, Carbid-, Sulfid- und/oder Metallphasen
    - strukturelle Gleichgewichte von Eisensulfidschmelzen in partiell aufgeschmolzener Silikatmatrix bei erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen
    - Verteilungsverhalten siderophiler und chalcophiler Elemente während der frühen Geschichte von Planeten und Planetesimalen
    - Fraktionierung der Platingruppenelemente bei Aufschmelzprozessen des Erdmantels
  • physiko-chemische Wechselbeziehungen zwischen koexistierenden Mineralphasen, Fluiden und/oder silikatischer Schmelze
    - Dynamik und Kinetik von Schmelz-Fluid-Gestein-Interaktion
    - Mikro- und nanoskalige Interaktion von Mineralphasen mit Schmelz- und Fluidphasen
    - Fluid-Mineral (Gestein) und Fluid-Schmelze-Mineral (Gestein) Verteilungskoeffizienten von fluid-mobilen Elementen.
    Die Bestimmung von LILE, REE und HFSE Verteilungskoeffizienten zwischen Mineralen (Mineralparagesen), Fluidphasen und Schmelze ermöglicht es, die Beiträge der lithologischen Komponenten der subduzierten Platte (Mantel, Kruste, Sedimente) und des Mantelkeils an der magmatischen Fluidzusammensetzung zu bestimmen.
    - Ozeanwasser-Basalt (MORB) Wechselbeziehung und dadurch bedingte Elementanreicherung in superkritischen hydrothermalen Systemen
  • physiko-chemische Wechselbeziehungen zwischen in den Untergrund verpresstem CO2, zirkulierenden salinaren Lösungen und Mineral- bzw. Zementphasen der Speicher- und Deckgesteine
    - chemische Reaktionen des in den Untergrund verpressten CO2 mit den zirkulierenden salinen Lösungen und Mineral- bzw. Zementphasen der Speichergesteine
    - Alterationsprozesse der Deckgesteinsstruktur aufgrund der Perkolation der CO2-angereicherten Sole
    - mikrostrukturelle Veränderungen der Speichergesteine aufgrund der Alterationsprozesse bei den Druck- und Temperaturbedingungen der unterirdischen CO2-Speicher
    Die experimentellen Ergebnisse erlauben Aussagen über die Kinetik der stattfindenden Reaktionen (Fluid-Fluid, Mineralseparat-Fluid, Mineralverband-Fluid) und über die mikrostrukturelle Veränderung des Gesteinsgefüges als Funktion der Zeit. Die Verwendung dieser Ergebnisse bei rechnergestützten Prozesssimulationen führen zu einer Formulierung von günstigen bzw. ungünstigen Formationsspeichereigenschaften und zur Festlegung von Grenzwerten für potentielle CO2-Speichergesteine..
  • physiko-chemische Wechselbeziehungen zwischen koexistierenden Mineralphasen und Fluiden (u.a. meteorische Wässer)
    - Kristallchemie und Thermodynamik von umweltwichtigen natürlichen und anthropogenen Mineralphasen, die toxische Elemente (insbesondere Se und As) einbauen
    Diese Mineralphasen (Selenite und Arsenate) bilden sich als Produkte der Verwitterung natürlichen Gesteins oder liegen als Minenabfälle, in kontaminierten Böden, Sedimenten oder auch als atmosphärische Aerosole vor. Die Bioverfügbarkeit und die Mobilität der toxischen Elemente in der Umgebung sind durch ihre Speziierung gesteuert, d.h. durch ihre strukturelle und chemische Ausprägungsform (Spezies) und deren Eigenschaften. Um diese Mobilität durch Modellberechnungen vorhersagen und einschätzen zu können, müssen sowohl die thermodynamischen Kenngrößen als auch die Kristallchemie dieser Mineralphasen sehr gut bekannt sein.
  • Nano-Verbundkeramiken – maßgeschneiderte Alternativmaterialien
    - strukturell kontrollierte nano-polykristalline Materialien mit exzellenten mechanischen Eigenschaften aus weltmarktunabhängigen Geomaterialien
    Neuste Technologien der Hochdrucktechnik erlauben es, nano-polykristalline Materialien, wie z.B. Keramiken, mit exzellenten mechanischen Eigenschaften (hohe Härte und Festigkeit) aus häufig vorkommenden Geomaterialien (SiO2, Al2O3) herzustellen. Nano-polykristalline Geomaterialien sind daher potentiell geeignet, ökonomisch kritische metallische Rohstoffe, die vielfach zur Produktion von mechanisch besonders widerstandsfähigen Materialen benötigt werden, zu ersetzen.
  • Differentiationsprozesse basaltischer Schmelzen mit dem Schwerpunkt der Genese SiO2-reicher residualer Schmelzen
  • 3D Analysen von Gesteinsstrukturen durch Mikro-Röntgen-Computertomographie
  • Hochtemperatur-Lösungs- und dynamische Leistungsdifferenzkalorimetrie