Projektzeitraum: 2023

Kontakt: Dr. Zofia Dubicka

Kalziumkarbonatmineralien, die von Meeresorganismen produziert werden, spielen eine zentrale Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf und bei der Ablagerung von Karbonaten, die durch die Regulierung des atmosphärischen CO2-Gehalts das Klima beeinflussen. Foraminiferen sind wichtige marine Einzeller, die seit über 300 Millionen Jahren Kalzitschalen produzieren. Foraminiferen-Biomineralien werden häufig als verlässliche Indikatoren für vergangene Umweltbedingungen wie Klimaveränderungen, Schwankungen des Meeresspiegels oder Versauerung der Ozeane verwendet, da ihre Skelette geochemische Parameter (stabile Isotope und Spurenelemente) des früheren Meerwassers enthalten. Das Verständnis der Art und Weise, wie diese Organismen ihr Skelett bilden, ist eine Voraussetzung für die korrekte Interpretation geochemischer Daten. Leider sind viele der grundlegenden Probleme der Biomineralisierung von Foraminiferen bis heute nicht geklärt.

Ziel des Projekts ist es, die Biomineralisierungsmechanismen von Foraminiferen mit Hilfe komplementärer Techniken zu untersuchen. Ich plane, die Fluoreszenzabbildung lebender Zellen durch konfokale/Multiphotonen-Laser-Scanning-Mikroskopie (CLSM) mit Anwendung verschiedener Fluoreszenzmarker mit der Untersuchung fixierter Foraminiferen in verschiedenen Kalzifizierungsstadien zu kombinieren, z. B. durch Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (REM) gekoppelt mit energiedispersiver Röntgenspektrometrie (EDS), Elektronenrückstreuung (EBSD), Feldemissions-Elektronensonden-Mikroanalyse (EPM-WDS) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM).

Projektzeitraum: 2022 - 2023

Kontakt: Dr. Anke Neumann Jenal

Tonminerale sind in Sedimenten und Böden allgegenwärtig und galten lange Zeit als weitgehend reaktionslos, haben sich jedoch inzwischen herausgestellt als potenziell wichtige redoxaktive Minerale in der Natur. Interessanterweise führt ihre Wechselwirkung mit dem in der Natur reichlich vorhandenen Reduktionsmittel Eisen zur Bildung vorübergehender, aber hochreaktiver Mineralspezies, die in der Lage sind, schwer abbaubare Schadstoffe abzubauen. Wir vermuten, dass die Mineralidentität und Kristallinität dieser Mineralspezies der Schlüssel für die beobachtete Reaktivität und damit für das Verständnis ihrer Rolle in vielen wichtigen Elementkreisläufen der Erde sowie für die Nährstoffverfügbarkeit und den Schadstoffabbau ist.

Die Zielminerale sind wahrscheinlich amorph oder nanokristallin, kommen in geringer Menge vor und bestehen meist aus Partikeln von sehr geringer Größe (Nanometerbereich). Daher werden Analysewerkzeuge benötigt, die diese Nanophasen nicht nur identifizieren, sondern auch vollständig charakterisieren können. Am GFZ werden die hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HR-TEM) und die Methode der atomaren Paarverteilungsfunktion (PDF) eingesetzt und durch die Mössbauer-Spektroskopie an der Universität Newcastle ergänzt. Die Erkenntnisse aus diesem Projekt werden unser Verständnis darüber verbessern, wie Redoxreaktionen von Tonmineralen die Identität und Reaktivität reaktiver mineralischer Zwischenprodukte steuern und damit auch, wie Tonminerale Redoxreaktionen auf der Erde steuern.

Projektzeitraum: 2021 - 2023

Kontakt: Dr. Elizaveta Kovaleva

Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, den Einschlagskraterprozess, seine Bedingungen und Auswirkungen zu verstehen, indem die Druck-Temperatur (P-T)-Phasendiagramme (Geo-Thermobarometrie) eingegrenzt werden und geochronologische Studien (Altersdatierung) für akzessorische Minerale, die Schockdeformation erfahren haben. Das Projekt wird realisiert durch die Suche und Identifizierung von der neuen Schockmikrostrukturen in akzessorischen Mineralen; Untersuchung bekannter Schockmikrostrukturen in akzessorischen Mineralen (Microtwins, planare Brüche, neoblastische granulare Texturen, Einschlüsse Einschlüsse von Hochdruckpolymorphen), und die Bestimmung ihrer Bildungsmechanismen und des Alters der Schockdeformation. Außerdem werde ich die räumliche Verteilung der geschockten Minerale in den der Zielgesteine in Bezug auf das Kraterzentrum und die schockinduzierten Schmelzkörper innerhalb der Schmelzkörper innerhalb der Impaktstruktur untersuchen; die Schätzung und Kalibrierung der Schockdrücke im des Kraters mit In-situ-Untersuchungen der geschockten Minerale; Korrelation der Schockmikrostrukturen, die in verschiedenen Mineralien und verschiedenen Impaktit-Typen aus verschiedenen Einschlagskratern.

Publikationen

Kovaleva, E., Helmy, H., Belkacim, S., Schreiber, A., Wilke, F. & Wirth, R. (2023): Libyan Desert Glass: New evidence for an extremely high-pressure-temperature impact event from nanostructural study. - American Mineralogist, 108(10), 1906-1923. https://doi.org/10.2138/am-2022-8759

Kusiak, M., Kovaleva, E., Vanderliek, D., Becker, H., Wilke, F., Schreiber, A., Wirth, R. (2022): Nano- and micro-structures in lunar zircon from Apollo 15 and 16 impactites: implications for age interpretations. - Contributions to Mineralogy and Petrology, 177, 112.
https://doi.org/10.1007/s00410-022-01977-8

Kovaleva, E., Kusiak, M. A., Kenny, G. G., Whitehouse, M. J., Habler, G., Schreiber, A., Wirth, R. (2021): Nano-scale investigation of granular neoblastic zircon, Vredefort impact structure, South Africa: Evidence for complete shock melting. - Earth and Planetary Science Letters, 565, 116948.
https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.116948

Projektzeitraum: 2021 - 2023

Kontakt: Dr. Runa Antony

Lichtabsorbierendes organisches Material, zusammen mit mineralischem Staub und pigmentierten Mikroben, reduzieren massiv die Albedo der Schnee- und Eisoberfläche (Menge der von der Eisoberfläche reflektierten Sonnenenergie). Dies führt zu einer erhöhten Absorption der Sonnenstrahlung und damit zu einem beschleunigten Abschmelzen der Eisschildoberfläche.

Ich werde organisches Material auf Eisoberflächen untersuchen, die sich während der Schmelze ständig verändern. Ich möchte auf quantitativer und qualitativer Ebene verstehen, welcher Natur und Herkunft die organischen Stoffe sind, wie sie durch mikrobielle Prozesse verändert werden und wie sie sich verbreiten. Ich erhoffe mir dadurch neue, ganzheitliche Erkenntnisse über das Zusammenspiel von mikrobiellem Stoffwechsel, Kohlenstoffkreislauf und den Schmelzprozessen an der Oberfläche. Dies wird dazu beitragen, die Reaktion der grönländischen Eismassen besser für die zukünftigen Klimaerwärmungs-Szenarien abzuschätzen. So können globale Vorhersagemodelle präziser werden.

Projektzeitraum: 2019 - 2021

Kontakt: Dr. James Bradley

Die Oberfläche des grönländischen Eisschildes (GrISS) beherbergt vielfältige Gemeinschaften von Mikroorganismen und Algen, deren Aktivität den Transfer und die Umwandlung von Kohlenstoff und Nährstoffen sowie die Albedo (und damit das Schmelzen) steuert. Ein numerisches Instrument zur Erfassung der biologischen und biogeochemischen Prozesse auf der Eisoberfläche gibt es derzeit nicht, so dass ein vollständiges mechanistisches Verständnis dieser Prozesse fehlt. Ohne dieses Werkzeug ist eine Quantifizierung und Vorhersage vergangener, gegenwärtiger und zukünftiger biogeochemischer GrISS-Prozesse und der damit verbundenen globalen Rückkopplungen unmöglich. Ich werde diese wichtige Wissenslücke schließen, indem ich ein neues Modellierungswerkzeug entwickle und einführe, mit dem biogeochemische Prozesse auf dem GrISS und die Anfälligkeit dieser Prozesse für Klimaänderungen simuliert werden können. Das Modell wird auch als Leitfaden für künftige Experimente und als Plattform für den interdisziplinären Wissensaustausch dienen. Dieses Stipendium wird mir die Möglichkeit geben, ein Experte für die Entwicklung, Anwendung und Integration numerischer und experimenteller Techniken zu werden, was meiner zukünftigen Karriere zugute kommen wird.

Projektzeitraum: 2022 - 2023

Kontakt: Dr. Lukasz Stachnik

Der durch den Klimawandel verursachte Gletscherschwund ist in den Polarregionen am stärksten und erhöht den Wasserabfluss und den Sedimentfluss in die Gewässer. Das Schmelzwasser transportiert bioverfügbare und biolimitierende Nährstoffe, die zu einem Anstieg der Primärproduktion führen und den CO₂-Verbrauch in der Meeresumwelt erleichtern (Prozess, der als „biologische Pumpe“ bezeichnet wird). Biogeochemische Studien konzentrierten sich hauptsächlich auf gelöste Makronährstoffe (vor allem Fe, Mn), während Mikronährstoffe, die an Schwebstoffen adsorbiert sind (z. B. Fe, Mn, Zn, Co, Cd, Mo, Ni), die für die Begrenzung der biologischen Produktion im Meer von Bedeutung sind, kaum berücksichtigt wurden. Für vergletscherte Becken außerhalb von Eisschilden gibt es nur wenige Daten über sekundäre Phasen, die aus Mikronährstoffen bestehen, die an Schwebstoffen adsorbiert sind. Darüber hinaus haben sich neuere Studien hauptsächlich auf aquatische Ökosysteme konzentriert, die durch das Schmelzwasser des grönländischen Eisschilds (unterlagert durch nährstoffarmes Grundgestein) beeinträchtigt werden, und Analysen wurden hauptsächlich zu Eisen durchgeführt.

Ziel des Stipendiums ist es, die Auswirkungen der vom Gletscher stammenden Nährstoffe auf negative Rückkopplungseffekte zu ermitteln, die zu einem potenziellen CO₂-Verbrauch führen. Die Studie wird sich auf vergletscherte Becken in der Hocharktis konzentrieren, die von sedimentären/metasedimentären Gesteinen unterlagert sind, die in den jüngsten Studien unterrepräsentiert sind.