Promovierende der Forschungsgruppe Grenzflächen-Geochemie werden halbjährlich über ihre bisherige Forschung berichten. Forschungs-Updates werden hier gepostet, sobald sie verfügbar sind. Updates werden nach Projekten kategorisiert.

Ruth Esther Delina, September 2021: Um ein sequentielles Extraktionsverfahren zu optimieren, das auf die Verteilung von Cr in tropischen Fe-reichen Böden und Sedimenten zugeschnitten ist, habe ich eine Reihe von Auflösungsexperimenten unter Verwendung von Fe-haltigen Referenzphasen durchgeführt. Dabei habe ich mehrere Reagenzien in unterschiedlichen Konzentrationen und unter verschiedenen Bedingungen (z. B. Zeit, Temperatur) verwendet, um das am besten geeignete Extraktionsmittel für mein optimiertes Verfahren zu finden. Die Abbildung zeigt zum Beispiel die mit Salzsäure umgesetzten Mineralien (a), wobei ihre Auflösung in verschiedenen Zeiträumen hervorgehoben wird: nach 10 Minuten (b) und nach 48 Stunden (c). Im Vergleich zu früheren Auflösungsstudien von Fe-Mineralen unter Verwendung dieser Säure habe ich das Ausmaß der Auflösung erhöht und die Auflösungszeit von reinen und metall-substituierten Fe-Phasen drastisch reduziert.

Ruth Esther Delina, März 2021: In den ersten sechs Monaten konzentrierte ich mich auf die Synthese von reinen Fe-haltigen Phasen (Abb. A) und metall-substituierten (z. B. Cr) Varianten (Abb. C) über verschiedene Wege wie die Umwandlung von Ferrihydrit (Abb. B), erzwungene Hydrolyse von Fe(III)-Lösungen und partielle Oxidation von Fe(II)-Lösungen (Abb. D-E). Ich charakterisierte sie mit Röntgenbeugung und Infrarotspektroskopie und bereitete sie für die Elementaranalyse vor. Während dieser Zeit lernte ich die Auswirkungen verschiedener physikalisch-chemischer Parameter wie Temperatur, pH-Wert, Redoxumgebung, Ersatzkationen usw. auf die Bildung von Fe-Oxyhydroxiden kennen. Bei mehreren Versuchen, Cr-Hämatit zu synthetisieren, zeigte sich zum Beispiel, wie die Substitution von Cr die Bildung hemmt.

Zhengzheng Chen: In den ersten sechs Monaten schloss ich den ersten Entwurf der Literaturübersicht ab und begann mit Ko-Fällungsexperimenten mit verschiedenen Konzentrationen von Organophosphor und Ferrihydrit, um die Adsorption von Ferrihydrit an Organophosphor zu vervollständigen. Die strukturellen Eigenschaften der Proben wurden mittels XRD und IR charakterisiert. Die Oberfläche der Proben wurde mittels BET bestimmt, und bisher hat sich gezeigt, dass die Oberfläche mit zunehmender organischer Konzentration abnimmt.

Alice Paskin:  In meiner Forschungsarbeit konzentriere ich mich hauptsächlich auf die geologische Bedeutung und das Phosphatgewinnungspotenzial des Fe(II)-basierten Phosphatminerals Vivianit, das in anoxischen Gewässern und Böden weit verbreitet ist. Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist die Optimierung der Vivianitbildung und die Auswirkung verschiedener physikalischer (pH-Wert, Temperatur) und chemischer (organische und anorganische Zusätze) Parameter auf seine Bildung. Die Analysemethoden, die ich bei meiner Forschungsarbeit häufig einsetze, sind pH-basierte Kinetik, IR, Pulver-XRD, SEM, TEM und UV-vis-Spektrophotometrie.

Elisa Katharina Peter, August 2021: Während meiner Sommer-Feldforschungssaison 2021 auf dem grönländischen Eisschild wollte ich die biotischen und abiotischen Faktoren untersuchen, die die Bildung von Pigmenten und ihren Vorläufern in Eisalgen beeinflussen. Pigmentierte, tiefviolette Eisalgen besiedeln das grönländische Inlandeis, verdunkeln die Oberfläche, verringern die Albedo und tragen so zur Beschleunigung der Eisschmelze bei. Wir vermuten, dass Faktoren wie Licht, Temperatur, Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft und Zelldichte die Bildung von Pigmenten in diesen Algen beeinflussen können. Ich habe daher über 24 Zyklen hinweg Proben aus verschiedenen Lebensräumen gesammelt und die Verarbeitung bei unterschiedlichen Temperaturen getestet. Das Bild oben zeigt eine Sammlung von Proben aus Eisfeldern mit unterschiedlichen Färbungsintensitäten, die uns nach der Verarbeitung und Analyse in unseren Labors am GFZ helfen werden, die Verdunkelung des grönländischen Eisschildes besser zu verstehen.

Elisa Katharina Peter, März 2021: Im Rahmen des Deep Purple-Projekts untersuchen wir pigmentierte Mikroorganismen, die das grönländische Inlandeis bewohnen und die Eisschmelze durch die Verdunkelung der Oberfläche beschleunigen. Wir wollen die Prozesse der Pigmentbildung besser verstehen, indem wir das Metabolom von lila-braunen Eisalgen (1) sowie roten (2) und grünen Schneealgen untersuchen. Das Bild oben zeigt polare (1A, 2A) und unpolare (1B, 2B) intrazelluläre Metabolitextrakte von Eis- und Schneeproben aus unserer Feldarbeit im Sommer 2020. Wir freuen uns über die Hinweise auf eine große Menge an wasserlöslichen violetten Pigmenten wie Purpurogallin in den Eisalgen und die Prävalenz von weniger polaren orangen und roten Pigmenten wie Carotinoiden in den roten Schneealgen und sind gespannt auf die LC- und GC-MS-Ergebnisse unserer ungezielten Metabolomstudie.

Rey Mourot, September 2021: Die mikrobiellen Gemeinschaften der Gletscher setzen sich aus verschiedenen Taxa aus unterschiedlichen Reichen zusammen: Archaeen, Bakterien, Eukaryoten - insbesondere die Schnee- und Eisalgen, die im Mittelpunkt von Deep Purple stehen - und Viren. Um den Zustand dieser Gemeinschaften, ihre Vielfalt und die ihnen zugrunde liegenden interspezifischen Interaktionen zu verstehen, basiert mein Promotionsprojekt auf der Analyse von Umweltproben. Ich hatte das Glück, in diesem Jahr an mehreren Feldforschungskampagnen in Svalbard und Grönland teilnehmen zu können. Auf Gletschern oder direkt auf dem Inlandeis werden Schnee und Eis unter Einhaltung von Sterilitätsverfahren gesammelt, ins Feldlabor gebracht und - meist gefiltert - verarbeitet, um DNA-, RNA-, metabolische und chemische Analysen durchzuführen. Die Filter werden bei kalten Temperaturen von -80°C bis 4°C aufbewahrt, bis sie im Heimlabor des GFZ ankommen, wo sie extrahiert, sequenziert und die Daten analysiert werden. Das Bild wurde während der Verarbeitung einer Grünschneeprobe auf dem Feiringsbreen-Gletscher in Svalbard, NyAlesund, im August 2021 aufgenommen. Der 0,2-Mikrometer-Filter hält den Großteil der Zellen zurück und hat hier die grüne Farbe der Probe aufgenommen. Auf der Rückseite sind eine rote und eine grüne Schneeprobe geschmolzen und bereit für die Verarbeitung.

Rey Mourot, März 2021: Meine Forschung konzentriert sich derzeit auf die Analyse der 3D-Struktur von Schnee und Eis im Zusammenhang mit den mikrobiellen Gemeinschaften und der Menge an Partikeln - Mineralien oder Kryokonitgranulat -, die in der Anordnung vorhanden sind. Das hier gezeigte Bild wurde durch Computertomographie des Schnee-Eis-Übergangs in einem Eiskern gewonnen, der im Sommer 2020 in Grönland entnommen wurde, in Zusammenarbeit mit Dr. John Maximilian Köhne, Forscher am UFZ, Halle.

Rebecca Volkmann: Um die Keimbildung und die Wachstumsprozesse des Minerals Struvit zu bewerten, haben wir Syntheseexperimente mit reinen Lösungen verschiedener Ausgangskonzentrationen unter Standardbedingungen durchgeführt. Die Kristallbildung wurde mittels UV-Vis-Spektrometrie verfolgt, um die während der Kristallisation auftretenden Trübungsänderungen zu überwachen. Die Ausfällungen wurden mit dem (Kryo-) REM abgebildet. Die nächsten Schritte umfassen Synthesen in einem Temperaturbereich von etwa 5 bis 50 °C sowie die Analyse der Proben und die Bildgebung, um die Veränderungen bei der Bildung in Abhängigkeit von der Temperatur zu beobachten.

Das Bild zeigt ein Diagramm von Trübung [%] gegen Zeit [s] der Struvitbildung bei verschiedenen Lösungskonzentrationen. Der erste Anstieg der Trübung bezieht sich auf die Induktionszeit der Kristallbildung, die das Zeitfenster bis zur Bildung der ersten Mineralkeime darstellt. Die Induktionszeit steigt von 20 bis 350 s mit abnehmenden Konzentrationen der Struvitlösungen.