Fourier-Transform Infrarotspektrometer und -mikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die grundlegenden Ziele der Forschungsprojekte, in denen das Fourier-Transform-Infrarot (FTIR) Spektrometer mit dem angekoppelten Infrarot-Mikroskop zum Einsatz kommt, bestehen darin, Einblicke in dynamische magmatische Prozesse im Erdinneren zu erlangen. Diese Prozesse sind entscheidend für die Differentiation des Erdmantels und der Erdkruste. Die Volumina damit verbundener vulkanischer Eruptionen reichen von einigen hundert Kubikmetern bis zu tausenden von Kubikkilometern und die Dynamik erstreckt sich von ruhiger Lavaeffusion bis zu katastrophalen Explosionen. Im Wesentlichen werden dabei die volatilen Komponenten H2O, CO2, sowie Schwefel- und Halogenverbindungen in die Atmosphäre freigesetzt. Die Basis für diese Projekte sind kontrollierte Hochtemperatur-Hochdruck-Experimente in Kombination mit der ortsaufgelösten FTIR-Spektroskopie. Damit werden Lösungsmechanismen und die Mobilität volatiler Komponenten in Magmen entschlüsselt. Selbst kleinste Mengen von H2O, OH-, CO2 und CO3^2- können in Schmelzen und Gläsern sowohl qualitativ als auch quantitativ ortsaufgelöst bis in den µm-Bereich bestimmt werden. Diese Daten sind entscheidend für die Beantwortung fundamentaler Fragen in den Geowissenschaften: - Wie wechselwirken volatile Komponenten (z.B. H2O und CO2) mit Gesteinsschmelzen im Erdinneren? - Wie entgasen Magmen beim Aufstieg in der Erdkruste und unter welchen Bedingungen werden Magmen bei Vulkanausbrüchen effusiv oder explosiv gefördert? - Welche gasförmigen Komponenten werden durch Entgasungsprozesse in die Atmosphäre freigesetzt? In einem Forschungsprojekt zur experimentellen Untersuchung von Magmen-Entgasungsprozessen während des Aufstiegs und der damit verbundenen Dekompression wird das FTIR-Spektrometer mit dem angekoppelten Infrarot-Mikroskop und einem Infrarot-Flächendetektor für die Bestimmung der räumlichen Verteilung von H2O und CO2 in teilentgasten blasenhaltigen vulkanischen Schmelzen genutzt. Absolut- Konzentrationen und Konzentrationsgradienten der volatilen Komponenten können so im µm-Bereich quantifiziert werden und neue Einblicke in die Entgasungskinetik geben. Im Rahmen dieses Projektes werden die experimentellen und analytischen Grundlagen zur Untersuchung der dynamischen Prozesse aufsteigender Magmen entwickelt. In einem Projekt zur experimentellen Untersuchung des Magmenaufstiegs während der Caldera-bildenden Vulkanausbrüche der Phlegreischen Felder bei Neapel im Rahmen des International Continental Scientific Drilling Programms werden dekompressionsinduzierte Entgasungs- und Kristallisationsprozesse untersucht. Die dynamischen Prozesse des aufsteigenden Magmas sind in den Texturen der vulkanischen Förderprodukte aufgezeichnet und können so mit den unter kontrollierten Laborbedingungen dekomprimierten volatilhaltigen Magmen verglichen werden. In diesem Projekt liefern die Messungen der räumlichen Verteilung der volatilen Komponenten mithilfe der FTIR-Spektroskopie detaillierte Einblicke in die dynamischen Prozesse aufsteigender voltilhaltiger Magmen, die explosive vulkanische Eruptionen steuern. Die Untersuchung der Kristallisationsdifferentiation eisenreicher peralkaliner Magmen wird in einem weiteren Projekt untersucht. In diesen Magmen verschiebt gelöstes H2O im Gegensatz zu bisherigen Annahmen den Liquidus zu höheren Temperaturen. Schon eine geringe Menge an gelöstem H2O erhöht die Sauerstofffugazität und die damit verbundene Kristallisation von Magnetit als Liquidusphase. Bisher wurde für die quantitative H2O Bestimmung die mit großen Fehlern behaftete Differenzmethode der Elektronenstrahlmikrosonde genutzt. Erste Messungen mit dem ortsauflösenden Infrarotmikroskop mit Flächendetektor an teilkristallinen Proben liefern deutlich genauere H2O Konzentrationen und damit vertiefte Einblicke in die physikochemischen Eigenschaften dieser magmatischen Systeme.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Proton-Binding Capacity of Staphylococcus aureus Wall Teichoic Acid and Its Role in Controlling Autolysin Activity. PLoS ONE 7(7): e41415
Biswas R, Martinez RE, Göhring N, Schlag M, Josten M, Xia G, Hegler F, Gekeler C, Gleske A-K, Götz F, Sahl H-G, Kappler A, Peschel A
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0041415) - The volatile inventory (F, Cl, Br, S, C) of magmatic apatite: An integrated analytical approach. Chem. Geol. 291 (2012) 241-255
Marks MAW, Wenzel T, Whitehouse MJ, Loose M, Zack T, Barth M, Worgard L, Krasz V, Eby N, Stosnach H, Makl M
