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Forschungszentrum Jülich

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
Anwendung von Synchrotronstrahlung in den Geowissenschaften

Synchrotronstrahlung ermöglicht eine Vielzahl von physikalisch-chemischen Methoden, die für geowissenschaftliche Fragestellungen wichtig sind. Dazu gehört die Bestimmung der Spurenelemente in Mineralen und Gesteinen mit hoher Genauigkeit und Ortsauflösung (SXRF). Andererseits benutzt man Beugungsmethoden zur Phasenanalyse und zur Bestimmung der geometrischen Anordnung von Atomen, Ionen oder Molekülen in Mineralen (Einkristall- und Pulverdiffraktometrie). Die Bedingungen, die im Erdinneren herrschen, lassen sich nur experimentell erforschen. Die Hochdruckkristallographie mit Synchrotronstrahlung hat daher große Beiträge in der Mineralogie gebracht (Druckzellen, energiedispersive Synchrotronstrahlung). Spektroskopische Verfahren werden zur Untersuchung der chemischen Bindung in Mineralen und Kristallen, aber auch zur Lösung von struktureller Probleme oder zur Bestimmung von Kationenverteilungen angewandt (XAS, XAFS/EXAFS, XANES, IRS).

Quelle: Physikalisch-chemische Untersuchungsmethoden in den Geowissenschaften, 2001

Mehr zum Thema:

X-rays illuminate the origin of volcanic hotspots

Pressemitteilung der ESRF (30.07.2012)

Scientists have recreated the extreme conditions at the boundary between Earth's core and its mantle, 2,900 km beneath the surface. Using the world's most brilliant beam of X-rays, they probed speck-sized samples of rock at very high temperature and pressure to show for the first time that partially molten rock under these conditions is buoyant and should segregate towards the Earth's surface. This observation is a strong evidence for the theory that volcanic hotspots like the Hawaiian Islands originate from mantle plumes generated at the Earth's core-mantle boundary. The results are published in Nature dated 19 July 2012. [mehr]

Materie bei hohen Drücken und Temperaturen: Blick ins Erdinnere

KFS-Broschüre "Forschung mit Synchrotronstrahlung in Deutschland" (2001)

Die Kenntnis der Eigenschaften von Materie unter extremen Bedingungen (hier hoher Druck und/oder hohe Temperatur) ist grundlegend für Festkörperphysik sowie Material- und Geowissenschaften. In Hochdruckzellen mit Diamanten können an den Proben Drücke bis zu 4 Megabar (Mbar), wie im Innersten der Erde, erzeugt werden. Die auf wenige Mikrometer fokussierte, hochintensive Synchrotronstrahlung ist unabdingbar für die Untersuchung der winzigen Proben in den Hochdruckzellen. [mehr]
Suche nach Wasser im Oberen Erdmantel

BESSY-Jahresbericht 2003

Wasser spielt in den geodynamischen Prozessen der Erde eine wichtige Rolle. Es kann nicht nur in nominell wasserhaltigen Mineralen wie Amphibol, Glimmer und Talk vorkommen, sondern auch in Mineralen wie Pyroxen, Granat und Olivin. Solche Minerale können Spuren von OH in Punktdefekten aufnehmen. Obwohl der Wassergehalt in diesen Mineralen generell sehr niedrig ist (bis zu 0,1 Gew. % H2O), ist der Gesamtgehalt im Oberen Matel groß und kann sogar den der Hydrosphäre übertreffen. Spuren von Wasser in Mineralen können mit der IR-Spektroskopie aufgespürt werden. [mehr]
High-resolution tomography investigations of micro-cracks in hard rocks

BESSY-Jahresbericht 2005

To investigate fracture propagation in hard rocks in response to applied loads it is essential to know the existence and orientation of pre-existent microcracks. Because nucleation, growth and interaction of microcracks are considered to be the dominant, controlling mechanisms of macroscopic failure. Nevertheless, grain boundaries, low-aspect ratio cavities or interfaces of two different minerals can also function as stress concentrators and be responsible for crack initiation. Synchrotron tomography at BESSY provides the possibility to investigate microscopic features of natural rock samples. [mehr]
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