Forschung

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Forschungsrichtung

Wir untersuchen die Eigenschaften von Mineralen, Schmelzen und Lösungen unter geologisch relevanten Bedingungen und wie diese die Prozesse und Stoffkreisläufe im System Erde beeinflussen. Wie entstehen Schmelzen und Magmen? Welche Rolle spielen wässrige Lösungen oder Fluide in der Erdkruste? Bei welchen Bedingungen wandeln sich Minerale um? Die Kenntnis über diese Zusammenhänge ist die Voraussetzung, um die Befunde in der Natur analysieren und bzgl. ihrer Entstehungsprozesse interpretieren zu können.

Für diese Untersuchungen nutzen wir Versuchsapparaturen im Labor, mit denen die Druck- und Temperaturbedingungen geologischer Prozesse kontrolliert simuliert werden können. Die in diesen Experimenten entstehenden Materialien werden mit hochempfindlichen Messmethoden untersucht und charakterisiert. Verfügbare Versuchsapparturen sind Hochtemperaturöfen, Gasdruckautoklaven und Diamantstempelzellen. Zu den Untersuchungsmethoden gehören Elektronenmikroskopie und Elektronenmikrosonde, optische Polarisationsmikroskopie, Schwingungsspektroskopie, Röntgenspektroskopie mit Synchrotronstrahlung, Röntgendiffraktion.

Darüberhinaus verfügt die Gruppe über ausgewiesene Geländeerfahrung in hoch- und niedriggradigen metamorphen Orogenen. Geländegestütze Untersuchungen mit geologischer und struktureller Kartierung bilden die Basis für die darauf folgenden petrologischen, thermodynamischen, geochemischen und isotopengeochemischen Laboruntersuchungen. Diese Methoden ermöglichen das Erfassen von raumzeitlichen Veränderungen, insbesondere Druck/Tiefe, Temperatur und Stressregime, in Orogenen weltweit.

Forschungsinteressen unserer Mitarbeiter:

Uwe Altenberger:

Sarah B. Cichy:

  • Entgasungs- und Kristallizationsprozesse von der Magmakammer bis an die Erdoberfläche in Abhängigkeit u.a. von chem. Zusammensetzung, Temperatur, Druck, Volatilen und Entlastungsraten, sowie deren Einfluss auf die Eruptionsart bzw. -intensität.
  • Untersuchung von Nukleation und Wachstum von Blasen bzw. Mikrolithen, sowie von Diffusion und Isotopenfraktionierung während der Druckentlastung in experimentellen und natürlichen Proben.

Roland Oberhänsli:

  • Metamorphe und magmatisch Petrologie: Einfluss der Gesteinszusammensetzung, Blauschiefer, HP in sauren Gesteinen, Straindomänen in metamorphen Gesteinen; Oxidationszustand von Fe, Karpholit, Multiequilibria
  • Orogene Entwicklung: Alpen und der MIttlere Osten, Tethysraum
  • Instrumentelle Analytik: Installationen von Laoratorien und Entwicklung von Techniken
  • Karten: Blatt Matterhorn 1:25000, Metamorphic structure of the Alps CGMW

Georg Spiekermann:

  • röntgenspektroskopische Untersuchungen von silikatischen Gläsern und Oxiden unter Bedingungen des Erdmantels und die Modellierung schwingungsspektroskopischer Eigenschaften silikatischer Gläser.
  • Entwicklung der Koordination von Silizium und Germanium in Gläsern unter Druck, untersucht mittels Röntgen-Raman-Spektroskopie (X-ray Raman scattering, XRS) und Röntgen-Emissionsspektroskopie (X-ray emission spectroscopy, XES).

Masafumi Sudo:

Max Wilke:

  • Elementverteilungsprozesse in magmatischen Systemen, Beziehungen der Elementverteilung zu strukturellen Eigenschaften von Schmelzen und Mineralen
  • Einfluss der Redoxbedingungen auf Elementverteilungsprozesse, Entwicklung von Sauerstoffbarometern
  • Minerallöslichkeit in wässrigen Lösungen/Fluiden, Elementspeziation in wässrigen Lösungen/Fluiden, Implikationen für Massentransport in Erdkruste und -mantel
  • Geomaterialforschung mit Synchrotronstrahung

Martin Ziemann:

A) Ramanspektroskopische Mikroanalytik in Mineralen
  • Identifizierung von Flüssigkeiten, Gasen, Schmelzen, Mineralen und Mineralphasen in Mikroeinschlüssen in transparenten Wirtsmineralen und Bestimmung von Metamorphose-Parametern –  Zusammensetzung, Dichte, Druck und Temperatur.
B) Ramanspektroskopie in Kunst und Archäometrie
  • Identifizierung von Malschichtpartikeln (Pigmenten) und Mineralen sowie deren Veränderungen durch klimatische und antropogene Einflüsse unter besonderer Verwendung der Ramanspektroskopie.
  • Einsatz der mobilen vor-Ort Ramanspektroskopie für in-situ Analysen zur Identifizierung von Mineralen sowie Pigmenten in mittelalterlichen und frühgeschichtlichen Wandmalereien und Farbfassungen.

aktuelle Forschungsprojekte:

  • "Optical and X-ray absorption spectroscopy of the pressure-induced spin transition of Fe2+ in natural phosphates of the triphylite- lithiophilite series, Li (Fex2+Mn1-x2+)[PO4]" DFG Projekt,  M. Koch-Müller (GFZ Potsdam) & M. Wilke
  • "HRJRG-404: Structural properties of carbonate-silicate melts and their effect on fractionation processes in the deep Earth investigated by synchrotron radiation, spectroscopic, and ion probe methods" Helmholtz Gemeinschaft, Impuls und Vernetzungsfond: M. Wilke  A. Shiraev (IPCE RAS, Moscow) 

http://www.gfz-potsdam.de/de/sektion/chemie-und-physik-der-geomaterialien/projekte/hrjrg-404/

  • Nanogranites in migmatites: deciphering the chemical differation in the continental crust“ DFG Projekt von Martin Ziemann in Zusammenarbeit mit S. Ferrero, Laufzeit: 2015 - 2017
  • Entwicklung modellhafter Erhaltungskonzepte durch Erfassung und Monitoring anthropogen umweltgeschädigter mittelalterlicher Wandmalereien im Nordosten BrandenburgsProjekt der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU-Aktenzeichen: 31390/01 – 45), Martin Ziemann in Zusammenarbeit mit dem Brandenburgischen Landesamtes für Denkmalpflege und Archäologisches Landesmuseum (BLDAM),  Fachhochschule Potsdam und der Universität Potsdam, Laufzeit: 2013 - 2017
  •  Ramanspektroskopische vor-Ort Identifizierung der Minerale in der Wand­dekoration des Grottensaals im Neuen PalaisProject of Martin Ziemann im Rahmen des Kooperationsvertrages zwischen der Stiftung Schlösser und Gärten Berlin-Brandenburg (SPSG), Laufzeit: 2002 - 2020
  • "Diffusive Fraktionierung von Lithium- und Borisotopen in Silikatschmelzen: ein Werkzeug zur Untersuchung von Entgasungsprozessen in aufsteigenden Magmen" DFG-Projekt von M. Wilke & S.B. Cichy in Zusammenarbeit mit D. Laporte & K. Koga vom Laboratoire Magmas et Volcans (LMV, Frankreich), Laufzeit: 2017 - 2020
  • "Fe Spinübergang im Erdmantel: Einblicke durch Röntgen-Raman-Streuung und Röntgenabsorptionsspektroskopie" DFG-Projekt, M. Wilke, C. Sternemann, TU Dortmund, & Catherine McCammon, BGI Universität Bayreuth, Laufzeit 2018-2021.
  • "Die elektronische Struktur von Fe/Mg-Karbonaten bei Bedingungen des unteren Erdmantels: Bedeutung für die Bildung von tetraedrisch koordiniertem Kohlenstoff" DFG Projekt, Forschergruppe FOR 2125 CarboPat: C. Sternemann, TU Dortmund & M. Wilke, Laufzeit 2018-2021
  • "X-ray fluorescence and X-ray absorption spectroscopy studies of element redistribution processes between carbonates and mantle phases at lower mantle conditions" DFG Projekt, Forschergruppe FOR 2125 CarboPat: K. Appel (European XFEL Hamburg) & M. Wilke, Laufzeit 2015-2021 

For2125_logo_homepage https://www.uni-frankfurt.de/48626215/for2125

Abgeschlossene Forschungsprojekte:

  • Ramanspektroskopische Vor-Ort-Pigmentanalytik an der Wandmalerei ’Jüngstes Gericht’ in der Kirche VipperowProjekt von Martin Ziemann in Zusammenarbeit mit der Kirchgemeinde Vipperow, Laufzeit: 2013 bis 2015
  • Alterung von künstlichen Bindemitteln auf Wandmalereien“ hier: ramanspektroskopische Charakterisierung der Pigmente, Projekt von Martin Ziemann im Rahmen des Programms zur Konservierung und Restaurierung von mobilem Kulturgut (KUR) der Kulturstiftung des Bundes und der Kulturstiftung der Länder in Zusammenarbeit mit dem Museum für Asiatische Kunst Berlin (AKU), Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin, Peking Universität, Rathgen-Forschungslabor Berlin, Laufzeit: 2007 bis 2011 
  • “Umweltbedingte Pigmentveränderungen der gotischen Ausmalungen in der Burg Ziesar und der Marienkirche Herzberg – Entwicklung eines Konzeptes zur nachhaltigen Konservierung“ Projekt von Martin Ziemann bei der Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU-Aktenzeichen: 23367– 45) in Zusammenarbeit mit dem Brandenburgischen Landesamtes für Denkmalpflege und Archäologisches Landesmuseum (BLDAM), Laufzeit: 2006 bis 2009
  • "Der Einfluss der Koordination von Spurenelementen in Silikatschmelzen auf Elementverteilungsprozesse in magmatischen Systemen" DFG-Projekt M. Wilke & S. Klemme, U Münster. Laufzeit: 2010-2014
  • "Löslichkeit von HFSE-Mineralen und Speziation von HFS-Elementen in wässrigen Fluiden bei hohen Temperaturen und Drücken" DFG-Projekt M. Wilke & C. Schmidt, GFZ Potsdam. Laufzeit: 2008-2011