Reaktionen an Mineraloberflächen haben großen Einfluss auf einige (bio)geochemische Schlüsselprozesse, einschließlich Biomineralisierung, Nährstoff- und Spurenelementzyklen und Schadstoffdynamik. In diesem Forschungsthema konzentrieren wir uns auf die Mechanismen und Kinetik der Keimbildung und des Wachstums von Mineralien und darauf, wie diese Prozesse die Speziation, Sequestrierung oder Freisetzung/Transport verschiedener Elemente an der Oberfläche und in den (Nah-)Untergrundumgebungen der Erde beeinflussen. Gegenwärtig interessieren wir uns für die Bildung und/oder Umwandlung von Kalziumkarbonaten und -sulfaten, Tonmineralien, Eisen(oxyhydr)oxiden und -sulfiden und Phosphaten (z.B. Struvit) in natürlichen und künstlichen Umgebungen.
Um die wichtigsten Kontrollfaktoren zu verstehen, die die Mineralbildung und/oder -umwandlung beeinflussen, stellen wir synthetische Analoga dieser Mineralphasen her und führen Experimente unter simulierten natürlichen Bedingungen durch. Ein solcher Ansatz ermöglicht es uns, vertiefte Untersuchungen darüber durchzuführen, wie Mineralien entstehen und brechen und wie sich diese auf kritische (bio)geochemische Kreisläufe (z.B. Eisen, Phosphor, Schwefel) sowie auf die Mobilität und Toxizität von Metallen und Metalloiden (z.B. Arsen, Chrom, Nickel) auswirken.
Wir integrieren verschiedene analytische Ansätze aus der anorganischen Chemie, Materialchemie und Nanowissenschaft, um ein besseres Verständnis ihrer Mineralchemie zu erhalten. Insbesondere verwenden wir eine Reihe von laborbasierten Festkörper- und wässrigen Phasen-Charakterisierungstechniken (z.B. TEM, SEM, XRD, IR, ICP-OES/MS, IC) und kombinieren sie mit Synchrotron-basierter Streuung (z.B. SAXS/WAXS, PDF) und spektroskopischen Techniken (z.B. SXM, XAFS), um diese Reaktionen mit hoher räumlicher oder zeitlicher Auflösung zu untersuchen.
Zu den aktuellen Forschungsprojekten unter diesem Forschungsthema gehören:
- Tonmineralbildung unter Umgebungsbedingungen
- Untersuchungen zur hochenergetischen Röntgenstreuung bei der Mineralkristallisation
- Experimentelle Diagenese und Mineralumwandlungsphänomene von Sedimentkarbonaten und -sulfaten
- Eisenmineralien und ihr Einfluss auf den Kreislauf von Nährstoffen und Spurenelementen