FWF - Amorphous - Mechanismen der Karbonatbildung über amorphe Vorläuferphasen

Unser Verständnis über die klimatische Entwicklung der Erde in der geologischen Vergangenheit basiert in wesentlichen Aspekten auf der (isotopen)chemischen Zusammensetzung von biogen und anorganisch gebildeten Karbonaten. Die biogene Abscheidung von Karbonaten hat eine große Bedeutung insbesondere für das marine Ökosystem; anorganisch gebildete Karbonate treten häufig in Form von Speleothemen, Travertin und alkalischen Seeablagerungen in terrestrischen Umfeldern auf. Die Verwendung von (isotopen)chemischen Signaturen von Karbonaten basiert im Wesentlichen auf der Annahme, dass Karbonatminerale die (isotopen)chemische Signatur ihres Umfeldes (z.B. Meerwasser oder Tropfwasser in Höhlen) zum Zeitpunkt ihrer Entstehung aufzeichnen. Aktuelle Untersuchungen bestätigen jedoch zunehmend, dass zahlreiche Karbonatminerale in unterschiedlichsten natürlichen Umfeldern nicht nur über den „klassischen Kristallisationsweg“, sondern auch über die Bildung einer amorphen Vorläuferphase entstehen können. In diesem Zusammenhang gibt es noch signifikante Wissenslücken im Bereich der Reaktionsmechanismen, welche die Umbildung von hoch reaktiven, amorphen (wasserhaltigen) Karbonatphasen zu hauptsächlich wasserfreien und nicht reaktiven (stabilen) Karbonaten steuern. Das primäre Ziel des vorliegenden Projektes umfasst die Aufklärung der Bildungsmechanismen von Karbonaten über einen experimentellen Ansatz: Es werden amorphe Karbonatphasen synthetisiert und deren temperaturabhängige Umwandlung in kristalline Phasen in Anwesenheit unterschiedlicher wässriger Lösungen als Funktion der Reaktionszeit untersucht. Im Verlauf der Experimente wird die Entwicklung der Festphasenzusammensetzung in hoher zeitlicher Auflösung (30 Sek.) mittels in situ Raman Spektroskopie analysiert. Die (isotopen)chemische Entwicklung der Lösung und der Festphase wird über separate und modernste Probenanalytik verfolgt. Die mineralogischen und (isotopen)chemischen Ergebnisse dieser Studie werden verwendet um unser aktuelles Verständnis über die kontrollierenden Umweltfaktoren und die Entstehungsmechanismen von Karbonatmineralen in natürlichen Systemen zu verbessern. Darüber hinaus wird untersucht inwiefern primäre (isotopen)chemische Signaturen während der Umbildung der amorphen zur kristallinen Karbonatphase erhalten bleiben. Dieser Sachverhalt ist von großer Relevanz für die Interpretation von (isotopen)chemischen Signaturen von Karbonaten, die über amorphe Vorläuferphasen gebildet wurden und als Klimasignale gedeutet werden.