Analytische Mineralogie der Mikro- und Nanostrukturen


Unsere Forschungsschwerpunkte umfassen die Bereiche

  • Meteoriten- und Impaktforschung
  • Mineralogie des Erdinneren
  • Prozesse an Mineraloberflächen und Bio-Geo-Interaktionen
  • Materialwissenschaft und analytische Methodik

Unsere Forschungsarbeiten haben einen Schwerpunkt auf Prozessen, die auf der Mikro- und Nanometerskala ablaufen und daher analytische Methoden mit sehr hoher räumlicher Auflösung benötigen. Um solche Prozesse im Detail zu verstehen, wenden wir hauptsächlich analytische Elektronenmikroskopie an.
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Unsere Studien umfassen Beobachtungen mit hochauflösenden Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopen, die Anwendung von Elektronenkristallographie, sowie Analysen mittels Elektronenenergieverlust- und Röntgenemissions-spektroskopie.
Durch Beobachtungen im Kleinen die Prozesse und Wechselwirkungen im Großen zu verstehen, ist das zentrale Thema unserer Forschung.

 

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Chondre eines 4,5 Milliarden Jahre alten Meteoriten.
  In der Meteoritenforschung untersuchen wir die Entstehung des Sonnensystems vor 4,5 Milliarden Jahren. Meteorite, interplanetarer Staub und durch Raumsonden zur Erde zurück beförderte Proben dokumentieren die Prozesse, die zur Bildung der planetaren Kleinkörper des Sonnensystems geführt haben. Diese wiederum lieferten das Baumaterial der Erde und die Grundlagen des Lebens, so zum Beispiel Wasser. Die Untersuchung von Meteoriten, die von Großasteroiden, dem Mond oder dem Mars stammen, liefern direkte Informationen über frühe Prozesse, die durch teleskopische Beobachtungen oder Raumsonden im Allgemeinen nicht zugänglich sind.

In der Impaktforschung untersuchen wir, wie die katastrophalen Einschläge planetarer Kleinkörper im Laufe der Erdgeschichte die Erdoberfläche, das Klima und die Evolution des Lebens bis zum heutigen Tag beeinflusst haben. Augenmerk liegt insbesondere darauf, aus der Erdgeschichte zu lernen, wie das 'System Erde' auf solche Störungen von außen reagiert. Weil die Erde ein äußerst dynamischer Planet ist, sind die Spuren außerirdischer Einschläge oft im Kleinen verborgen und erfordern hochentwickelte analytische Methoden, um hinsichtlich ihrer geologischen Relevanz interpretiert werden zu können.

Unsere Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der Hochdruckmineralogie haben zum Ziel, Aufbau, Zusammensetzung und Dynamik des Erdinneren und damit die globale Funktionsweise des Planeten Erde zu verstehen. Die Forschungsprojekte beinhalten die Studie von natürlichen Hochdruckmineralen in metamorphen Mantelgesteinen, sowie die Synthese von Mantelmineralen in Hochdruckapparaturen. Im Fokus stehen dabei Themen wie die Diffusion in Mineralen, Phasenumwandlungen, Elementverteilung und Redoxreaktionen.


Mineraloberflächen sind die Orte, an denen chemischer Austausch zwischen verschiedenen Reservoiren (Erdkruste und -mantel, Ozeanen, Atmosphäre) stattfindet. Die Wechselwirkung von (meist wässrigen) Lösungen und Mineralen beinhaltet elementare Reaktionen wie Auflösung und Wachstum, Adsorption und Ionenaustausch und ist für eine Vielzahl von geologischen und auch technischen Prozessen von zentraler Bedeutung.
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Entnahme eines Querschnitts durch die Alterationsschichten einer Mineraloberfläche (FIB-REM)
Ein Beispiel ist die Mineralverwitterung, die als zentraler Prozess die Zusammensetzung von Gewässern und Flüssen kontrolliert sowie einen wichtigen Beitrag für die Nährstoffversorgung von Pflanzen in Böden liefert, aber auch die Mobilität von Schadstoffen in oberflächennahen Systemen steuert. Der katalysierende Einfluss von Mikroorganismen rückt in diesem Zusammenhang in neuerer Zeit stärker ins Bewusstsein.

Die materialwissenschaftlichen Projekte zielen auf ein Verständnis der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von Materialien mit technischer Anwendung (z.B. Hartstoffe und Halbleiter). Aus transmissionselektronenmikroskopischen Untersuchungen zur Defektstruktur und Gefüge werden dabei Rückschlüsse auf die physikalischen Eigenschaften von Materialien gezogen.