MicroCoral: Erforschung der mikromechanischen Eigenschaften von Kaltwasserkorallenskeletten

• Antragsteller: Professor Dr. Uwe Wolfram
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 547950715

Wir beabsichtigen das kalzifizierte Baumaterial von Kaltwasserkorallen zu untersuchen. Kaltwasserkorallen gehören zu den weltweit häufigsten Korallen und sie erschaffen marine Lebensräume und Ökosysteme, die wichtige Biodiversitätszentren darstellen. Die Riffe die sie erschaffen werden oft als "Regenwälder" der Tiefe bezeichnet und sie sind durch den Klimawandel und die damit einhergehende Ozeanversauerung bedroht. Während dies auch für tropische Korallen gilt, sind die Bedrohungen mit denen Kaltwasserkorallen konfrontiert sind davon verschieden und drängender, da sie zu einem dramatischen und schnellen Verlust dieser Lebensräume führen könnten. Dies ist sicherlich entmutigend und eine große Herausforderung, aber es gibt etwas Faszinierendes an Kaltwasserkorallen – zumindest für uns als Materialwissenschaftler. Kaltwasserkorallenriffe sind weltweit verbreitet und werden in Tiefen zwischen 50 m und 4.000 m gefunden. Dort gibt es kein Sonnenlicht, die Umgebung ist auf 4°C bis 12°C abgekühlt und Energie sowie andere Ressourcen sind knapp. Zusammen mit ihren tropischen Verwandten erschaffen Kaltwasserkorallen die größten Biokonstruktionen der Welt. Unsere Voruntersuchungen haben ergeben, dass sie dies unter Verwendung eines Baumaterials tun, das zehnmal fester ist als Beton. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass sie in der Lage sind, diese bemerkenswerten Materialeigenschaften auch unter Klimawandeleinflüssen zu erreichen, was wir an Proben aus einer Region gezeigt haben, die als repräsentativ für einen vom Klimawandel betroffenen Ozean gegen Ende des Jahrhunderts gilt. Dies wirft grundlegende Fragen auf: (i) Was macht ihr Baumaterial so fest? (ii) Wie können sie diese Festigkeit trotz Klimawandel erreichen? (iii) Wie können wir diese Konzepte entschlüsseln und für die Entwicklung äquivalenter, nachhaltiger und multifunktionaler Materialien bereitstellen? Um diese Fragen zu beantworten, möchten wir (i) die Struktur und Komposition des Baumaterials von Kaltwasserkorallen untersuchen, (ii) ihre mechanischen Eigenschaften vom Kristallgitter bis zur makroskopischen Längenskala erforschen, (iii) das nichtlineare Materialverhalten über diese Längenskalen modellieren und (iv) die Anwendung der Mechanismen hinter ihren beeindruckenden mechanischen Eigenschaften bei der Entwicklung neuer Materialien über eine digitale Materialrepräsentation ermöglichen. Dazu greifen wir auf experimentelle und rechnergestützte Methoden zurück, die wir in den letzten Jahren entwickelt und implementiert haben. Wir hoffen damit, das von Kaltwasserkorallen unter extremen Bedingungen und mit begrenzten Ressourcen effizient erschaffene Baumaterial und seine außergewöhnlichen Eigenschaften besser zu verstehen und digital breitstellen zu können. Die zugrundeliegenden Konzepte könnten transformative Materialien ermöglichen die biokompatibel, multifunktional und nachhaltig sind und die wiederum Innovationen fördern und globale Herausforderungen adressieren könnten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen