Ultraviolett-Laser-Raman-Spektrometer
Final Report Abstract
1. Untersuchung der Speziation von Schwefel in magmatisch-hydrothermalen Fluiden bis 10 kbar und 900 ˚C. Es konnte gezeigt werden, dass Schwefel teilweise als S6+ vorliegt und dass H2SO4 thermodynamisch durch Hydratation im Fluid stark stabilisiert wird. Diese Untersuchungen, die zunächst an Hand von abgeschreckten Fluiden in Fluideinschlüssen durchgeführt wurden, konnten später durch in-situ Messungen in extern beheizten Diamantstempelzellen bestätigt werden. 2. Untersuchung der Speziation von Al in wässrigen Fluiden bis zu 20 kbar und 900 ˚C. Wegen der sehr geringen Konzentration von Al im Fluid im Gleichgewicht mit Korund war hier die hohe Ausgangs-Leistung der externen Argon-Laser essentiell, um Aussagen über die Speziation machen zu können. 3. Untersuchung des Systems H2-H2O bis zu 25 kbar und 1200 ˚C. Es wurde beobachtet, dass Wasserstoff und Wasser im oberen Erdmantel als zwei entmischte Phasen vorliegen. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden vor kurzem in Nature veröffentlich. Die Entmischung von Wasserstoff und Wasser könnte ein wesentlicher Mechanismus für die Oxidation des oberen Erdmantels im Hadäikum gewesen sein. Gleichzeitig könnte die Entgasung von fast reinem Wasserstoff eine stark reduzierende Atmosphäre für einige Zeit stabilisiert haben, was beispielsweise für die Entstehung von Biomolekülen durch Miller-Urey- Reaktionen essentiell ist. 4. Untersuchung der Verteilung von Kupfer zwischen koexistierendem Gas und Salzlösung. Schwefel erhöht den Gas/Lösungs-Verteilungskoeffizienten von Kupfer. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass die hohe Kupferkonzentration in der Gasphase von natürlichen Fluideinschlüssen aus porphyrischen Kupferlagerstätten ein Artefakt ist, das auf der selektiven Diffusion von Kupfer in den bereits gebildeten Einschluss beruht. Dieser Effekt ist eng verknüpft mit der Speziation von Schwefel im Fluid, die mit Raman- Spektroskopie gemessen wurde. 5. Bestimmung des Gleichgewichtes zwischen N2, H2 und NH3 in Wasser bis 35 kbar und 1600 ˚C. Die Gleichgewichtskonstante konnte über einen weiten P, T-Bereich mit Hilfe von Raman-Messungen an synthetischen Fluideinschlüssen in Quarz gemessen werden. Hierzu waren umfangreiche Kalibrierungen der Raman-Spektren im System H2O-NH3 notwendig. Die Ergebnisse zeigen, dass in relativ oxidierten Fluiden oberhalb von Subduktionszonen Stickstoff überwiegend als N2 vorliegt. In stärker reduzierenden Teilen des tieferen Mantels liegt dagegen ein erheblicher Teil des Stickstoffs als NH3 vor. Die Ergebnisse lassen weiterhin die Vermutung zu, dass in der frühen Erdgeschichte vulkanische Gase merkliche Anteile an Ammoniak enthielten, ein wesentliches Ausgangsmaterial für die Bildung von Biomolekülen über Miller-Urey-Synthesen. 6. Strukturuntersuchen von Al-reicher Phase D, Hochdruckformen von Bor, Graphitoxiden, mesoporösen Polyoxymetallaten, organischen Halbleitern und anderen Phasen. Von einigen dieser Proben konnten wegen Fluoreszenz und anderen Effekten sinnvolle Raman-Spektren nur mit Hilfe der Ultraviolett-Laser erhalten werden. 7. Messungen des Diffusionskoeffizienten von Wasser in Silikatschmelzen. Für diese Messungen wurde die im Vergleich zu FTIR bessere räumliche Auflösung des Raman-Spektrometers genutzt. 8. Routine-Identifikation von kristallinen Phasen in verschiedenen Projekten.
Publications
- (2011) The oxidation state of sulfur in magmatic fluids. Earth Planet Sci Lett 301: 190 -198
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- (2012) In-situ Raman spectroscopic study of sulfur speciation in oxidized magmatic-hydrothermal fluids. Am Mineralogist 97: 1348 -1353
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