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.

Rebecca Volkmann, November 2022: Vorstellung der aktuellen Ergebnisse des Promotionsprojekts über die Umwandlung von Struvit (MgNH₄PO₄ · 6H₂O) in die Minerale Newberyit (Mg(OH)PO₄ · 3H₂O) und Dittmarit (MgNH₄PO₄ · H₂O) bei unterschiedlichen Temperaturen und Zeitskalen auf der Konferenz GeoMinKöln 2022.

Rebecca Volkmann, März 2022: Neben unseren Forschungen zur Keimbildung und Wachstumskinetik des Minerals Struvit hat sich im Rahmen des Projekts eine neue Richtung eröffnet: Wir haben herausgefunden, dass sich Struvitkristalle nach einiger Zeit an der Luft in das Mineral Newberyit umwandeln. Dieses Phänomen ist in der Literatur bekannt, aber es liegen keine systematischen Daten über Temperaturen und Zeiträume vor. Daher umfasst das Projekt nun auch die Überwachung der Umwandlungskinetik von Struvit in andere Phosphatminerale.

Das Bild zeigt zwei Struvitkristalle, die sechs Monate lang unter dem petrographischen Mikroskop der Luft ausgesetzt waren. Auf der linken Seite farblos unter linear polarisiertem Licht, zeigt der verzwillingte Struvitkristall unter gekreuzten Polen im rechten Bild bunte Interferenzfarben 2. An den Phasengrenzen sind hochbrechende, dunkle Phasen zu erkennen, bei denen es sich wahrscheinlich um neu gebildeten Newberyit handelt.

Elisa Katharina Peter, August 2022: Im Rahmen des Deep Purple-Projekts untersuche ich pigmentierte Mikroorganismen, die das grönländische Inlandeis bewohnen und die Eisschmelze durch die Verdunkelung der Oberfläche beschleunigen. Ich möchte unser Verständnis der Faktoren verbessern, die die Pigmentbildung steuern, indem ich das Metabolom und das Pigmentprofil von Gletschereis und Schneealgen analysiere, die unter verschiedenen Umweltbedingungen beprobt wurden. In der Abbildung oben sind verschiedenfarbige Extrakte für die lipidomische Analyse von Gletschereisalgenproben mittels LC-MS/MS zu sehen. Das Farbspektrum der Extrakte zeigt, dass die Pigmentzusammensetzung in den verschiedenen Gletschereis- und Schneealgenproben sehr unterschiedlich ist.

Elisa Katharina Peter, März 2022: Im Rahmen des Deep Purple-Projekts untersuchen wir pigmentierte Mikroorganismen, die das grönländische Inlandeis bewohnen und die Eisschmelze durch die Verdunkelung der Oberfläche beschleunigen. Ich möchte unser Verständnis der Faktoren verbessern, die die Pigmentbildung steuern, indem ich das Metabolom und das Pigmentprofil von Gletschereis und Schneealgen analysiere, die unter verschiedenen Umweltbedingungen beprobt wurden. Ein Schlüsselaspekt dieser Analyse ist die Erzielung einer möglichst hohen Extraktionsausbeute des chemisch vielfältigen allgemeinen Metaboloms sowie die vollständige Extraktion des Pigmentprofils in reproduzierbarer Weise. Ich habe ein angepasstes Extraktionsprotokoll entwickelt, um eine hohe Ausbeute an Carotinoiden sowie an dem violett-braunen Pigment Purpurogallin aus Gletschereisalgen zu erzielen, das auf bestehenden Metabolomextraktionsmethoden basiert. Beim Testen der Methode entdeckte ich, dass die Extraktion von Carotinoiden durch Zugabe des Extraktionslösungsmittels MTBE-MeOH vor dem Mahlen der Probe (links) im Vergleich zum Trockenmahlen mit anschließender Lösungsmittelzugabe (rechts) erheblich verbessert werden konnte.

Rey Mourot, September 2022: Mit Hilfe von Luftproben können wir den Eintrag von Staub, Mikroben und Partikeln auf dem grönländischen Eisschild bestimmen. Dieser Eintrag ist direkt verantwortlich für die mikrobiellen Gemeinschaften, die wir im weißen Schnee finden und die wir als luftgetragen einstufen. Wie üblich erfordert die Feldarbeit an abgelegenen Orten eine Zusammenarbeit zwischen unserem Team und der örtlichen Bevölkerung. Dieses Bild wurde im Juni 2022 aufgenommen, als wir - Helen Feord, Liane Benning, Katie Sipes (Universität Aarhus, Dänemark) und ich - Schnee-, Eis- und Luftproben auf dem südgrönländischen Eisschild in der Nähe der QAS-U-Wetterstation nahmen. Es war das erste Mal, dass unser Team diese Lebensräume vor dem Beginn der Oberflächenschmelze beprobte.

Rey Mourot, März 2022: Die Beobachtung von Eisoberflächen zur Untersuchung der Größe von Eiskörnern und der Ansiedlung von Mikroben ist mit zahlreichen Herausforderungen verbunden. Dazu gehören das Risiko, schwere und teure Mikroskope mit ins Feld zu nehmen, das Schmelzen und die Rekristallisation des Eises bei Temperaturschwankungen und unter der Erwärmung durch das Licht des Mikroskops sowie die Schwierigkeit, die Proben vom Feld ins heimische Labor zu bringen, um sie unter optimalen Bedingungen zu untersuchen. Für meine Doktorarbeit nehme ich Proben von der Eisoberfläche des Grönländischen Eisschildes und bewahre das Eis bei -20 °C bis zur Beobachtung am GFZ auf. Dieses Bild einer Oberflächeneisprobe wurde mit einem Binokular im Kühlraum des GFZ bei -5 °C aufgenommen.

Alice Paskin: Im letzten Jahr habe ich bedeutende Fortschritte beim Verständnis der Keimbildung, des Wachstums und der Umwandlung des Eisenphosphatminerals Vivianit gemacht.  Ich habe meine erste Arbeit über den Keimbildungsweg von Vivianit verfasst, die derzeit geprüft wird. Ich habe meine vorläufigen Ergebnisse in Form eines Vortrags auf der Tagung der Deutschen Mineralogischen Gesellschaft im September 2022 in Köln vorgestellt, wo ich durch ein Studentenstipendium der European Association of Geochemistry (EAG) finanziert wurde. Ich führte auch einige interne XRD-Messungen durch, um zu sehen, wie sich meine Vivianit-Proben bei höheren Temperaturen verändern, und um diese neue Phase zu charakterisieren. Diese Ergebnisse vermittelten ein umfassendes Verständnis der Stabilität und Mineralogie von Vivianit. Dieses Projekt war mein erstes Projekt, das sich mit einem eher "mineralogischen" Thema außerhalb der "Chemie" befasste, und gab mir die Möglichkeit, mehr über Themen wie Rietveld-Verfeinerungen, thermogravimetrisch-differentiale Scanning-Kalorimetrie (TGA-DSC)-Analysen und Mineralveränderungen zu lernen und dieses Wissen auf meine Arbeit anzuwenden. Die Ergebnisse ermöglichten es mir, letztes Jahr meine zweite Arbeit zu schreiben, die derzeit von meinem Betreuer bewertet wird. Außerdem habe ich einen erfolgreichen Antrag auf Beamtime an der Diamond Light Source in Großbritannien gestellt, um in-situ SAXS / WAXS an der Beamline I22 durchzuführen, wohin ich im Dezember 2022 zusammen mit einem Team des GFZ gereist bin und meine Experimente aufgebaut und durchgeführt habe. Derzeit analysiere ich die Daten, die ich an I22 in Diamond erhalten habe, und leite einen detaillierten in-situ-Mechanismus für die Keimbildung und das Wachstum von Vivianit ab, um die letzten Bausteine meines Puzzles zusammenzufügen.

Zhengzheng Chen: In meinem zweiten Projekt untersuchte ich die Eigenschaften von Bodenkernen, die in Island in der Tiefe entnommen wurden, um die Auswirkungen von Änderungen der Wasserführung auf den geochemischen Kreislauf von Eisen, Kohlenstoff und Phosphat zu verstehen. Mittels chemischer Extraktion wurden die verschiedenen Eisenphasen bestimmt, während der eisenassoziierte Kohlenstoff und das Phosphat ebenfalls in meinem Fokus stehen. Mit Hilfe der Rastertransmissions-Röntgenmikroskopie (STXM) wurde die Wechselwirkung zwischen Eisen und Kohlenstoff auf der Nanoskala sichtbar gemacht. Ich freue mich darauf, mit meiner Forschung einen Beitrag zum Verständnis der Herausforderungen bei der Speicherung von organischem Kohlenstoff im Boden vor dem Hintergrund des Klimawandels zu leisten.

Ruth Esther Delina, September 2022: Nickel-Laterite sind die wichtigste Nickelquelle der Welt. Diese Lagerstätten enthalten wertvolle Metalle wie Chrom, das auch ein potenzieller giftiger Schadstoff ist, der in Oberflächen- und Grundwasser auslaugen kann. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die Prozesse zu bestimmen, die seine Mobilität steuern.

Im Mai 2022 führten wir auf den Philippinen, einem der weltweit führenden Nickelerzproduzenten, eine Feldarbeit durch, um Proben aus aktiven und rehabilitierten Ni-Lateritabbau- und -verarbeitungsgebieten zu sammeln. Ich charakterisierte diese Proben mit Hilfe von Standard-Mineralcharakterisierungsverfahren (z. B. XRD, SEM) sowie Synchrotron-Spektroskopie, um das Vorkommen von Cr zu untersuchen. Oben sind die REM-Bilder einiger der in dieser Arbeit untersuchten Fe(oxyhydr)oxide und -sulfate zu sehen (a - Aggregat von Hämatit, b - Gips, c - Alunit).

Ruth Esther Delina, März 2022: Ich habe ein neues sequentielles Extraktionsverfahren entwickelt, das auf Cr in Fe-reichen Böden und Sedimenten zugeschnitten ist, und es auf Fe-(Oxyhydr)oxid-dominierte Ni-Laterite angewendet. Das neue Verfahren wurde optimiert, indem die Effizienz und Selektivität verschiedener Extraktionsmittel an synthetischen und natürlichen Cr- und Fe-haltigen Phasen (z. B. Goethit, Hämatit, Chromit) getestet wurde, die häufig in Ni-Lateriten vorkommende Mineralien darstellen. Bei der Anwendung auf philippinische Ni-Laterite ergab die optimierte Methode eine bis zu 10-mal höhere Cr-Gewinnung als die derzeit verwendeten SEPs (siehe Abbildung oben). Die vollständige Auflösung der kristallinen Fe-Phasen mit unserer Methode zeigt, dass diese Minerale mit 25-34 % des Gesamt-Cr in den Ni-Lateriten einen der wichtigsten Pools für Cr darstellen. Bestehende SEPs unterschätzen diesen Anteil (2-18 % des Gesamt-Cr) aufgrund ihrer ineffizienten Auflösung von Goethit und Hämatit.  Abgesehen von der effizienteren Auflösung kristalliner Fe-Minerale verhindert unsere optimierte Methode die Überschätzung des an organische Stoffe gebundenen Cr und quantifiziert stark adsorbierte Cr-Oxyanionen. Diese Verbesserungen ermöglichen ein besseres Verständnis der potenziellen Umweltauswirkungen von Cr in bergbaubeeinflussten, fe-reichen tropischen Gebieten.