Zusammensetzung-, Temperatur- und Druckabhängigkeit der Phononen in wasserhaltigen komplexen Silikaten

• Antragstellerin: Professorin Dr. Boriana Mihailova
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 250961621

Amphibole (AB2C5T8O22W2, C = M12M22M3) und Turmaline (XY3Z6T6O18(BO3)3V3W) bilden zwei Mineral-Supergruppen mit komplexen chemischen Zusammensetzungen, da sie verschiedene Gitterpositionen besitzen, die mit den verschiedensten chemischen Elementen besetzt sein können. Kristallchemische Untersuchungen an Amphibolen und Turmalinen erlauben wichtige Aussagen für die Geowissenschaften, insbesondere zur Identifizierung von Gesteinen und deren Petrogenesen anhand von Indikatormineralen. Derartige kristallchemische Studien sind ebenso wichtig für das Verständnis des thermodynamischen Mineralverhaltens bei verschiedenen Temperaturen und Drucken wie auch für die kompositionellen Abhängigkeiten ihrer Eigenschaften. Damit haben sie zudem Relevanz im Bereich der Materialwissenschaften und Umweltwissenschaften sowie in der Gemmologie und bei Kulturerbe-Studien. Phononen sind der mikroskopische Ursprung für elastische und thermale Eigenschaften von Kristallen. Daher ist es von großer Bedeutung, den Einfluss jeder der drei thermodynamischen Schlüsselvariablen, Zusammensetzung x, Temperatur T und Druck p, auf die atomare Dynamik zu untersuchen. Eine umfassende Analyse der Zusammenhänge zwischen dem Parametersatz (x, T, p) und Phononen in Amphibolen und Turmalinen war das Thema des vorausgehenden Projekts MI 1127/7-1 nebst SCHL 549/6-1. Somit ist das Hauptziel dieses Fortsetzungsprojektes das grundsätzliche Verständnis der Beziehungen zwischen Phononen und der Kristallchemie komplexer wasserhaltiger Silikate zu vervollständigen, indem weitere Amphibol- und Turmalinspezies untersucht und die Studien an den elastischen und thermalen Verhalten bei Amphibolen komplettiert werden. Die drei Hauptthemen sind: (i) Analyse der Phononen im ternären System Cr-V-Al bei Alkaliturmalinen; (ii) Untersuchungen zum Einfluss von TAl sowie CAl und CFe3+ auf die OH-Valenzschwingungen und die Gitterdynamik von Amphibolen; (iii) Studien der Phononen in verschiedenen Amphibolspezies unter Einfluss von T und p. Der "Einmoden/Zweimoden"-Ansatz soll auch für die Untersuchung der Turmalin-Reihe Oxy-Dravit - Oxy-Vanadium-Dravit - Oxy-Chrom-Dravit angewendet werden. Die Ergebnisse werden schließlich, zum besseren Verständnis des Einflusses von Y- und Z- Gitterbesetzungen mit Übergangslementen auf die atomare Dynamik, mit jenen der entsprechenden Fe3+-Turmalinen verglichen. Die Untersuchungen über die Zusammenhänge zwischen chemischer Zusammensetzung und Phononen bei Amphibolen werden auch auf Gitterschwingungen sowie auf TAl-führende Amphibole ausgeweitet. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei zudem den Ferri-Amphibolen gewidmet. Die chemische Renormierung der T- und p-induzierten Phasenübergänge in Amphibolen wird über die Entwicklung der Phononen-Wellenzahlen und -breiten untersucht werden. Oxidationsprozesse in Fe-haltigen Amphibolen werden auch untersucht und die Ergebnisse mit denen verglichen, die mittlerweile für Fe-haltige Turmaline vorliegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Jochen Schlüter