Eigenschaften von Geomaterialien

Eine der heutigen Herausforderungen an die Geowissenschaften ist es, die geodynamischen Prozesse und die diesbezüglich zu Grunde liegenden Mechanismen verstehen zu lernen. In diesem Zusammenhang sind vulkanische Aktivitäten, magmatische und metamorphe Entwicklungen, Fluid-Gesteins Wechselwirkungen, und geochemische Kreisläufe von besonderem Interesse. Für eine detaillierte Interpretation von geophysikalischen, geochemischen, petrologischen und petrophysikalischen Beobachtungen, die zum Verständnis von treibenden Kräften in der Plattentektonik beitragen sollten, werden die thermodynamischen, die thermischen und die stoffspezifischen Transporteigenschaften der beteiligten Geomaterialien benötigt. Dies führt zu der Aufgabe, die strukturellen, physikalischen, chemischen und physico-chemischen Eigenschaften von Geomaterialien zu erforschen. In diesem Zusammenhang untersuchen wir bei den jeweiligen Druck- und Temperaturbedingungen die thermodynamischen, die elastischen und elektrischen Eigenschaften, die strukturellen Variationen und die thermischen Transporteigenschaften von gesteinsbildenden Mineralen, Paragenesen und natürlichen Gesteinen sowie von komplex zusammengesetzten Fluiden. Neben modernen experimentellen Anlagen zur Synthese von Geomaterialien stehen uns eine große Reihe von analytischen und physikalischen Geräten zur Verfügung um die experimentellen Produkte zu charakterisieren und ihre Eigenschaften zu messen.

Wir nutzen unsere experimentellen und analytischen Apparate auch zur Synthese und Charakterisierung Neuer Materialien (e. g. Serghiou, G. et al. (2014): Dense Si_xGe_1-x(<x<1) Materials Landscape Using Extreme Conditions and Precession Electron Diffraction. - Inorganic Chemistry, 53, 11, p. 5656-5662).

Geochemische Kreisläufe

Zu den grundlegenden Aufgaben in den Geowissenschaften gehört die Erklärung des Transports und der Umwandlung von Material in den verschiedenen Bereichen des dynamisch sich verändernden Erdsystems. Von besonderem Interesse ist das Verständnis der Prozesse an aktiven Plattenrändern, welche den Transport von Fluiden, Schmelzen und fester Materie beinhalten. Die bedeutendsten globalen Kreisläufe von Geomaterialien sind verbunden mit Materialfluß an Mittelozeanischen Rücken und Subduktionszonen. Die Wechselwirkung von fester Materie mit Schmelzen und Fluiden in diesen tektonischen Bereichen sind die primären Mechanismen für den Materialaustausch zwischen tiefer Erde, Lithosphäre, Hydrosphäre und Atmosphäre. Für eine exakte Beschreibung geochemischer Kreisläufe und zum Verständnis der diese Austauschprozesse steuernden Gesetze, sind deshalb Daten zur Verteilung von Elementen und ihren Isotopen zwischen koexistierenden Mineralen, Fluiden und Schmelzen unabdingbar. Diese physikochemischen Eigenschaften werden in verschiedenen Projekten in Zusammenarbeit mit anderen GFZ-Gruppen und nationalen und internationalen Partnern bestimmt. Hierzu wird ein integrierter Ansatz von experimentellen Untersuchungen, Feldstudien und numerischen Simulationen verwendet.