Steter Tropfen höhlt den Stein





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Das Untersuchungsgebiet von MARUM-Wissenschaftler Professor Andreas Lüttge liegt im Nanometerbereich und doch ist es riesengroß. Denn der Professor für Mineralogie forscht an der dünnen Grenzschicht zwischen Mineralen und Flüssigkeiten, die praktisch überall auf der Welt vorkommt, wo Flüssigkeiten auf Minerale treffen: Wo Regen auf Stein fällt, Wasser durch Böden sickert oder auch am Meeresboden in der Tiefsee. Dementsprechend groß ist das Interesse sowohl der Naturwissenschaften als auch der Technik an den Wechselwirkungen zwischen Wasser und kristallinen Strukturen und der präzisen Vorhersagbarkeit von Auflösungsprozessen.

„Um vorhersagen zu können, was mit bestimmten Materialien in der Natur und im Zivilisationsraum geschieht, brauchen wir ein besseres Verständnis der Reaktionen und Mechanismen, die an der Grenzschicht zwischen Mineral und Flüssigkeit ablaufen“, so Lüttge.
Hierzu untersuchten er und sein Team am Beispiel von Siliziumdioxid (SiO2) – besser bekannt als Quarz, dem zweithäufigsten Mineral in der Erdkruste – die Prozesse bei der Auflösung. An der reaktiven Fläche, also der Grenzfläche zwischen Material und Flüssigkeit, laufen verschiedene Reaktionen nacheinander und teilweise auch gleichzeitig ab. Ziel der Studie war es, die dort ablaufenden Wechselwirkungen in Computersimulationen zu erfassen, um damit errechnen zu können, mit welcher Wahrscheinlichkeit welcher Prozess ablaufen wird. „Mit unserer Simulation können wir sehr genau die Wirklichkeit abbilden und damit präzise Vorhersagen zur Auflösung kristalliner Strukturen treffen“, so Lüttge. „Das bisher verwendete Modell zur Vorhersage von Auflösungsprozessen basiert auf der Verwendung von Geschwindigkeitskonstanten und birgt eine große Fehlerquelle. Da kann Vorhersage und Wirklichkeit auch schon einmal um zwei Größenordnungen auseinander klaffen.“

Um zu überprüfen, wie gut ihre Simulationen die realen Prozesse darstellen, kombinieren die Forscher Computermodelle und Experimente. Mit einem besonderen Bildgebungsverfahren, der sogenannten Vertical Scanning Interferometry, das Lüttge mitentwickelt hat, scannen die Forscher den Quarz und erstellen so eine Art Topographie der Kristalloberfläche mit einer Bildauflösung von wenigen Nanometern.

Lüttges neue Methode zur präzisen Vorhersage von Auflösungsprozessen könnte die Standardberechnungen in vielen Teilbereichen der Naturwissenschaften und der Technik revolutionieren. Die möglichen Anwendungsgebiete sind zahlreich: Ob bei der Berechnung zur Stabilität von Baumaterialien oder der Untersuchung von Barrieregesteinen in der Endlagersuche. „Wir wollen im nächsten Schritt versuchen, unsere Simulationen auf größere Systeme und längere Zeiträume zu übertragen.“

MARUM entschlüsselt mit modernsten Methoden
und eingebunden in internationale Projekte
die Rolle des Ozeans im System Erde –
insbesondere im Hinblick auf den globalen Wandel.
Es erfasst die Wechselwirkungen
zwischen geologischen und biologischen Prozessen im Meer und liefert Beiträge für eine nachhaltige Nutzung der Ozeane.

Das MARUM umfasst das DFG-Forschungszentrum und
den Exzellenzcluster „Der Ozean im System Erde“.

Weitere Informationen / Interviewanfragen / Bildmaterial:

Jana Stone
MARUM-Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: 0421 218 65541
Email: jstone@marum.de

veröffentlicht von am 29. Nov 2013. gespeichert unter Allgemein. Sie können den Rückmeldungen dieser Meldung folgen durch RSS 2.0. Sie können eine Rückmeldung oder einen Trackback hinterlassen

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