Geomaterialien

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Das Vorhaben ist eine interdisziplinäre, bilaterale Initiative von unserer Arbeitsgruppe aus der Materialphysik und der Gruppe von Prof. Rainer Abart/Dr. Elena Petrishcheva aus den Geowissenschaften (Uni-Wien, Österreich). Ziel des Vorhabens ist es, den Alkalitransport in Alkalifeldspat-Kristallen verschiedener Zusammensetzung und in verschiedenen Orientierungen in Abhängigkeit von der Temperatur zu untersuchen. Das Projekt zielt insbesondere auf die Ermittlung der zugrundeliegenden Diffusionsmechanismen in Alkalifeldspat, einer der meist vorkommenden Phasen in der Erdkruste, und auf die Charakterisierung der beteiligten Punktdefekte. Das Erreichen der Projektziele wird das Wissen über die Retention von Haupt- und Spurenelementen in Alkalifeldspat über geologische Zeitskalen erheblich vertiefen. Darüber hinaus wird die Analyse der Messdaten zu der Beantwortung grundlegender Fragen der Materialphysik beitragen, die bislang ungenügend bearbeitet wurden. Im Einzelnen handelt es sich hierbei um Frenkelpaarbildung und Diffusion über Interstitialcy-Defekte in einem binären Untergitter, Korrelationsfaktoren und deren Bedeutung für den Mischalkali-Effekt sowie einen möglichen Übergang von Leerstellen- zu Interstitialcy-kontrollierter Diffusion bei Änderungen in der Zusammensetzung.

Die Projektziele sollen erreicht werden mittels Diffusionsexperimente mit den radioaktiven Traceratomen 22Na and 43K an Alkalifeldspat-Einkristallen aus der Eifel und von Madagaskar, die sich in der Zusammensetzung unterscheiden. Weitere Zusammensetzungen können durch Ionenaustausch mit gemischten Na-K-Salzen hergestellt werden, sodass ein großer Bereich mit einem relativen K-Gehalt XOr von 0.65 bis 1.00 zur Verfügung steht. Die Tracerdiffusionskoeffizienten werden über die Nernst-Einstein-Beziehung mit der entsprechenden Ionenleitfähigkeit verglichen, die aus frequenzabhängigen Impedanzmessungen erhalten wird. Die Auswertung der Messdaten umfasst zum einen Kontinuumsansätze, die auf der numerischen Lösung von gekoppelten Diffusions-Reaktions-Gleichungen basieren. Zum anderen werden Monte-Carlo-Simulationen durchgeführt, um verschiedene Modelle für den Alkalitransport in der monoklinen Struktur des Feldspats zu überprüfen.

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