Es sollen Antworten auf folgende Fragen gefunden werden: - Welche Rolle spielen verschiedenartige Salze bei der Verwitterung von Gesteinen (vor allem Sandstein)? - Wie erfolgt ihr Eintrag und wie ihr Transport innerhalb des Gesteins? - Welche Mechanismen spielen sich bei der Kristallisation der Salze im Porenraum der Gesteine ab? - Welche schaedigenden Wirkungen ergeben sich daraus fuer das Gesteinsgefuege?
Rekristallisation des geogenen Kalks mit dem CO2 aus der Atmung von Wurzel und Mikroorganismen führt zur Bildung pedogener Karbonate, die einer der wichtigsten Schlüssel zur Bestimmung des Alters der Bodenbildung (Radiokarbondatierung) und der Rekonstruktion der Paläou-welt (d13C, d18O) unter semiariden und ariden Klimatenbedingungen sind. Deswegen war ein erhöhtes Interesse für pedogene Karbonate seitens der Geowissenschaften in den vergangenen zwei Jahrzehnten zu verzeichnen. Bis jetzt ist die Geschwindigkeit der Bildung pedogener Karbonate völlig unbekannt, obwohl davon die Präzision der Altersbestimmung und der Paläoumweltrekonstruktionen wesentlich abhängt. In diesem Vorhaben wird die Geschwindigkeit der Bildung der pedogenen Karbonate durch den Isotopenaustausch bei der Rekristallisation des geogenen Kalks mit dem 14CO2 aus der Rhizosphärenatmung der in der 14CO2-Atmosphäre markierten Pflanzen bestimmt. Mit dieser sehr sensitiven und bereits erprobten Methode wird der Einfluss der Pflanzenarten, Dauer des Pflanzenwachstums, Temperatur, Feuchte, CaCO3-Gehalte und CaCO3-Verlagerung auf die CaCO3-Rekristallisationsrate bestimmt. Aus den experimentell ermittelten Abhängigkeiten der Rekristallisation von den Umweltvariablen wird ein Modell zur Bildung der pedogenen Karbonate erstellt und anhand der Radiokarbondatierung der unter verschiedenen Bedingungen entnommen pedogenen Karbonate geprüft. Das Forschungsvorhaben ermöglicht erstmalig die Präzision der Bestimmung des Alters der Bodenbildung und der Rekonstruktion der Paläoumwelt anhand der pedogenen Karbonate experimentell zu quantifizieren.
Erhöhte Konzentrationen an Sulfat im Trinkwasser können negative Auswirkungen auf die Gesundheit der Konsumenten haben und führen zu einem erhöhten Risiko für Korrosionen im Leitungsnetz. Aufgrund dessen schreibt die Trinkwasserverordnung einen Grenzwert von 240 mg/l vor. Erhöhte Konzentrationen an Sulfat im Grundwasser, die eine spezielle Aufbereitungstechnik erfordern, kommen vor allem durch den Einfluss von Tagebauaktivitäten zustande. Im ausgehobenen Kippenmaterial kommt es zur Oxidation des Pyrits, was nach der Verfüllung der Gruben zu einem Anstieg der Sulfat-, Calcium- und Schwermetallkonzentration im Grundwasser führt. In betroffenen Grundwasservorkommen in Deutschland wurden Konzentrationen von bis zu 2500 mg/l Sulfat gemessen. Die Nanofiltration ist eine mögliche Aufbereitungstechnologie, die die Grundwassernutzung in derart beeinträchtigten Standorten auch nach der Verfüllung der Gruben erlaubt. Es wird erwartet, dass die Nanofiltration im Vergleich zu den anderen in Frage kommenden Technologien Ionenaustauscher, Destillation, Elektrodialyse und Umkehrosmose vor allem bei höheren Sulfatkonzentration in der Größenordnung >1000 mg/l das wirtschaftlichste Verfahren darstellt. In dem Projekt Nanofiltration zur Sulfatabscheidung bei der Trinkwasseraufbereitung wird die Aufbereitung mittels Nanofiltration experimentell im Labor- und Pilotmaßstab untersucht. Es wird dabei schwerpunktmäßig ein Standort betrachtet, der im Einflussgebiet des Braunkohletagebaureviers Inden I liegt und derzeit Sulfatkonzentrationen von 1000-1500 mg/l in einem Trinkwasserbrunnen aufweist. Neben der Untersuchung der Nanofiltration an sich wird eine Konzentrataufbereitung mittels CaSO4-Kristallisation auf ihre Effektivität geprüft.
SEIZE ist der seismische Teil des ICDP-Proposals DIVE (Drilling the Ivrea-Verbano ZonE; im Januar 2018 bei ICDP eingereicht, Leitung: Othmar Müntener, U. Lausanne, Schweiz; Co-PIs: Mattia Pistone - Lausanne, Luca Ziberna - Bayreuth, György Hetényi - Lausanne, Alberto Zanetti - Pavia). Die Ivrea-Verbano Zone (IVZ) in den Italienischen Alpen ist eine der am besten dokumentierten und untersuchten Archetypen kontinentaler Kruste. Weiterhin ist es das beste natürliche Labor, um unser Verständnis der kontinentalen unteren Kruste und der Kruste-Mantel Grenze durch die Kombination von Geophysik und wissenschaftlichem Bohren zu verbessern. Nach einem Workshop im Mai 2017 entwickelte ein Team aus 31 Wissenschaftlerinnen einen ICDP Proposal für Bohrungen in der Ivrea Verbano ZonE (DIVE). Das Bohren zweier 1 km und einer 4 km Bohrung in der IVZ wird eine einmalige Möglichkeit zur Verknüpfung geophysikalischer/geologischer Daten mit Bohrkern-Beobachtungen, down hole logging, mikro-biologischen Sampling, hydrologischen Studien und unterschiedlichen geologischen/geophysikalischen Surveys um die Bohrlokationen bieten. Die IVZ ist ungewöhnlich, da mehrere geophysikalische Studien das Auftreten eines dichten, HochgeschwindigkeitsKörpers, 'Bird's Head' genannt, in flachen Tiefen (ca. 3 km) postuliert. Neuere Studien zeigen, dass die IVZ ein wertvolles Archiv trans-krustalen Magmatismus ist, welches Unterkrusten-Prozesse von Magma-Emplacement, Kristallisation und krustaler Assimilation dokumentiert; und weiterhin die Entwicklung oberflächennahen Magmatismus mit langandauernden Super-Eruptionen im Perm zeigt. Bohren in der IVZ adressiert offene Fragen der Natur der unteren Kruste und der Kruste-Mantel Grenze, mögliche Beziehungen zum geophysikalisch nachgewiesenen Ivrea Körper, der Schaffung und Organisation eines tiefen krustalen magmatischen Systems, und eine umfassende Charakterisierung physikalischer und chemischer GesteinsEigenschaften, sowie die Beziehung zwischen Permeabilität und Verwitterung, Alteration und Fluid-Charakterisierung. Zusammen mit Studien zur Größe und Diversität der tiefen Biosphäre, werden diese Studien zum besseren Verständnis von mikrobiologischen Eco-Systemen und ihren Grenzen in kristallinen Gesteinen beitragen. Mit SEIZE planen wir als zentraler Bestandteil von DIVE, Tiefe, Ausdehnung und Form der IVZ und des sogenannten 'Bird's-Head' bei Balmuccia im Val Sesia, Italien zu bestimmen. DIVE wurde vom internationalen ICDP Panel am 13. Juni 2018 mit folgender Auflage vor Wiedereinreichung zurückgestellt: 'ICDP would like to see for the Balmuccia site a section with good seismic data plus superimposed geological model(s) and tentative drill path'. SEIZE adressiert genau diese Auflage.
Bedeutende primäre Sn-Lagerstätten sind an geochemisch hoch-spezialisierte, unter reduzierenden Bedingungen gebildete S-Typ Granite gebunden. Zinnanreicherung erfolgt jedoch nicht nur durch fraktionierte Kristallisation und hydrothermale Umverteilung auf dem Platznahme-Niveau der Intrusion, sondern hängt auch vom Protolith und den Schmelzbedingungen, sowie vom Sn-Gehalt dieser Ausgangsgesteine an. Darüber hinaus kann prograd-metamorphe Umverteilung zu einer Anreicherung von Sn im Ausgangsgestein führen. Traditionell wird die metamorphe Mobilisierung von Sn als nicht wichtig betrachtet. Es gibt jedoch im Erzgebirge einzelne Skarne (z. B. Hämmerlein) und Quarz-Glimmer-Schiefer (z. Bsp. Bockau and Aue) mit Sn-reichen metamorphen Mineralen, die eindeutig älter sind als die lokalen variszischer Sn-spezifischen Granite, was beweist, dass Sn während der Metamorphose mobil war. Die Frage ist damit, inwieweit metamorphogene Sn-Anreicherung ein essentieller Schritt in der Anreicherung von Sn für die spätere Bildung magmatischer Sn Lagestätten ist. Dieses Projekt konzentriert sich auf die Sn-reichen Quarz-Glimmer-Schiefer (mit 200 bis zu lokal 5000 ppm Sn) mit an Quarzschlieren gebundener Sn-Vererzung (>1% Sn) aus dem Gebiet von Bockau. Wir untersuchen folgende Fragen: (i) Es gibt mehrere texturelle und strukturelle Typen von Kassiterit. Unter welchen P-T-d Bedingungen haben sich die unterschiedlichen Kassiterit-Typen gebildet? Die U-Pb Datierung der einzelnen Kassiterit-Typen erlaubt es, die Zeit und die Bedingungen der metamorphen Sn-Mobilisierung einzugrenzen. (ii) Welche Elemente wurden zusammen mit Sn mobilisiert. Dazu wird die chemische Zusammensetzung nicht vererzter und unterschiedlich intensiv vererzter Quarz-Glimmer-Schiefer miteinander verglichen. Die Isotopenzusammensetzung von Li, B, Sr, Nd and Pb wird verwendet, um einen geochemischen Fingerabdruck der Quelle der Erzelemente zu erhalten; (iii) Ändert sich der Stoffbestand der Fluide mit der Zeit? Wir verwenden dazu die chemische Zonierung von Biotit, Granat und Kassiterit. Von besonderem Interesse ist ob und wie die Fluidzusammensetzung einen Einfluss darauf hat ob Sn in Silikatminerale substituiert oder eigene Phasen bildet, da die Form in welcher Sn auftritt möglicherweise die Verteilung zwischen Mineral und Teilschmelze bei beginnendem Schmelzen der Ausgangsgesteine beeinträchtigen kann. Es gibt Beschreibungen von vergleichbaren stratiformen Sn Vererzungen (jedoch mit Sulfiden) in den entsprechenden tektonischen Einheiten in Polen und er Tschechischen Republik. Ein Vergleich der Vorkommen von Bockau mit den polnischen und tschechischen Vorkommen erlaubt eine Unterscheidung von Charakteristika die von allgemeiner Bedeutung sind und solchen die eher von lokaler Bedeutung sind. Eine Schlüsselfrage dieses Projektes ist ob die metamorphe Mobilisierung von Sn im prä-kollisionalen Akkretionskeil ein Prozess ist, der die Erz-Höffigkeit später daraus entwickelter S-Typ-Granite kontrolliert.