Elementverteilung in Geomaterial-Korngrenzen unter Berücksichtigung ihrer Geometrie

• Antragstellerin: Dr. Katharina Marquardt
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274616592

Diffusiver Massentransport findet sowohl in natürlichen Gesteinen als auch in synthetischen Materialien via Volume und/oder Korngrenzdiffusion statt. Experimentelle Daten für Volumendiffusion stehen nunmehr in großen Mengen für viele verschiedene Elemente und Mineralien zur Verfügung, während Korngrenzdiffusionsdaten bisher nicht erhoben wurden. Dies gilt insbesondere für Elementtransport entlang gut charakterisierter Einzelkorngrenzen. Nicht nur benötigen wir die experimentellen Korngrenzdiffusionsdaten um geologische Abläufe besser verstehen zu können; unerlässlich sind diese Daten um die fundamentalen Prozesse der Korngrenzdiffusion zu verstehen. Eine Voraussetzung um diese Studie durchführen zu können sind Einzelkorngrenzen mit konstanten Eigenschaften über mehrere µm, diese erhalten wir mit Hilfe der Bikrystalsynthese.Wir erstellen unterschiedlich orientierte Granat und Olivin Bikristalle, die wir mit verschiedenen Komponenten mittels Plused-Laser beschichten. Diffusion wird durch Tempern variierenden Temperaturen und Zeiten initiiert. Transmissions Elektronen Mikroskopie sowie Synchrotron Röntgen Fluoreszenz wird zur Analyse der generierten Elementverteilungen und Konzentrationsprofile eingesetzt. Hochaufgelösten Transmission Elektronen Mikroskopische Bilder in Kombination mit atomistischen Modellierungen lassen uns die Korngrenzweite bestimmen, diese in Kombination mit Kontinuums Modellen für Korngrenzdiffusion erlauben es aus den Diffusionsprofilen Diffusionskoeffizienten zu extrahieren.Des Weiteren erlauben unsere Experimente den Einfluss verschiedener Ionenradien auf die Transporteigenschaften der jeweiligen Korngrenze zu untersuchen. Die erhaltenen Diffusionskoeffizienten können eingesetzt werden um geologisch relevante Parameter, wie Gesteinsalter und Reaktions- und Processzeiten zu bestimmen. Dies ist insbesondere im Hinblick auf Prozesse mit kurzer Dauer, wie zum Beispiel Impakte von Bedeutung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Ralf Dohmen