Eine Probe wird in einem Versuchsgefäß erhitzt und so für die Röntgenfluoreszenzanalyse vorbereitet. Foto: Hwa Ja Götz, Museum für Naturkunde Berlin
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In diesem Laborkomplex des Museums für Naturkunde Berlin werden die chemische Zusammensetzung und die Struktur von Gesteinen, Meteoriten, Mineralien und Fossilien untersucht. Die Untersuchungsobjekte stammen aus den Sammlungen, von Expeditionen und aus Laborexperimenten. In der materialbezogenen Forschung werden verschiedene bildgebende und chemisch-physikalische Verfahren eingesetzt. Der Laborkomplex vereint mehrere, sich ergänzende Großgeräte, die aus technischen und organisatorischen Gründen in einer Etage des Hauptgebäudes räumlich vereint sind. In vielen Fällen finden sich Antworten auf die Forschungsfragen erst im Mikrometer-Bereich. Neben den Arbeitsgruppen des Museums steht der Laborkomplex auch Gästen zur Verfügung: Forschenden anderer Institutionen, dem wissenschaftlichen Nachwuchs und Studierenden der umliegenden Universitäten. Darüber hinaus werden in Rahmen von Führungen Einblicke in die Forschung gewährt.

Ausstattung

Rasterelektronenmikroskop JEOL JSM-6610LV mit LaB6-Kathode, Cl-Detektor und einem Bruker Quantax 800 EDX-System sowie dem EBSD-System CrystAlign 400
Laborleiter: Prof. Dr. Lutz Hecht
Labormitarbeiterin: Kirsten Born

Das Rasterelektronenmikroskop (REM) wird für die strukturelle und chemische Analyse von Gesteinen, Mineralien und Fossilien eingesetzt. Die große Probenkammer fasst bis zu zehn Zentimeter große Objekte. Das REM verfügt über einen Niedrigvakuum-Modus, so dass auch nicht beschichtete oder weniger vakuumfeste Proben untersucht werden können. Mithilfe des e-flash-EDS-Detektors können zudem in kurzer Zeit Elementverteilungskarten in Gesteinsdünnschliffen erstellt und spezielle Phasen gefunden werden.

Elektronenstrahlmikrosonde mit Feldemissionskathode JEOL JXA-8500F, 5 WD Spektrometer, Bruker EDX System Quantax
Laborleiter: Prof. Dr. Lutz Hecht
Labormitarbeiter: Dr. Felix Kaufmann

Die Elektronenstrahlmikrosonde dient primär zur Untersuchung der quantitativen chemischen Zusammensetzung von Gesteinen und Mineralphasen im Zentimeter- bis Mikrometer-Bereich. Dazu werden typischerweise hochpolierte Dick- oder Dünnschliffe verwendet. Es können aber auch hochvakuumfeste Präparate von Fossilien untersucht werden. Durch die Ausstattung mit einer Feldemissionskathode kann die Mikrosonde besonders hochauflösend Strukturen abbilden und für chemische Analysen sowie die Erfassung von Elementverteilungsmustern bis in den Nanometer-Bereich eingesetzt werden.

Raman Spektrometer Horiba LabRam
Laborleiterin: Dr. Tanja Mohr-Westheide
Labormitarbeiterin: Kirsten Born

Das Raman-Spektrometer wird dafür eingesetzt Mineralphasen, Gläser und organische Substanzen strukturell zu charakterisieren und zu identifizieren. Es ist somit für fast alle Bereiche der objektorientierten Forschung geeignet. Die Raman-Spektroskopie liefert Informationen zur molekularen oder kristallinen Struktur der Proben bis in den Mikrometer-Bereich. Mit seinen flexiblen Glasfaseroptiken können Oberflächen größerer Sammlungsobjekte absolut zerstörungsfrei untersucht werden.

Röntgenfluoreszenzspektrometer Bruker S8 Tiger
Laborleiter: Dr. Ralf-Thomas Schmitt
Labormitarbeiterin: Kathrin Krahn

Das Labor für Röntgensequenzspektroskopie dient der Haupt- und Spurenelementanalyse von Gesteinen und Mineralen mit Elementkonzentrationen vom Hundertstel- bis in den Millionstel-Bereich. Das Analysegerät kann in fast allen Gelände- und probenbasierten Forschungsprojekten für Analysen und auch für die Vorauswahl von Proben für hochspezifische geochemische Untersuchen (INNA-, REE- und PGE-Analytik) eingesetzt werden. Im Labor können Gesteine mit Backenbrechern und diversen Gesteinsmühlen aufbereitet werden.

Kathodolumineszenzmikroskop
Laborleiter: Prof. Dr. Lutz Hecht
Labormitarbeiterin: Kirsten Born

Der Kathodenstrahl dieses Mikroskops kann Mineralphasen zum Leuchten bringen. Dies dient vor allem zur Untersuchung von Mineralgenerationen und Zonierungen in Mineralien und Schmelzen.

Hand-Röntgenfluoreszenzspektrometer TRACER IV
Mit diesem tragbaren Röntgenfluoreszenzspektrometer können Gesteine, Mineralien, Fossilien und andere Objekte an ihrem Fundort „in situ“ und zerstörungsfrei semiquantitativ bis quantitativ chemisch analysiert werden. Objekte von einem halben bis einem Zentimeter Größe können separat erfasst und eine schnelle Vorauswahl interessanter Objekte für weitere Untersuchungen getroffen werden.

Mineralogische Präparation
Laborleiter: Dr. Ansgar Greshake
Labormitarbeiter: Hans-Rudolf Knöfler

Die mineralogische Präparation umfasst das gesamte Spektrum von Grob- und Feinsägearbeiten, polierter Anschliffe sowie ein- und beidseitig polierter Dünnschliffe. An- und Dünnschliffe können im Gießener Format oder auch als Ein-Zoll-Rundschliffe hergestellt werden. Das Labor ist ausgestattet mit verschiedenen Gesteinssägen, einer Innenlochsäge, zwei GNM-Schleifmaschinen, zwei Logitech-Poliermaschinen und einer Poliermaschine zur Vibrationspolitur.

Anwendungen

  • Mit den mikroanalytischen Großgeräten Rasterelektronenmikroskop, Elektronenstrahlmikrosonde und Raman-Spektrometer hat die MEMIN-Forschergruppe Daten gewonnen, die wesentlich zum Verständnis der chemischen Interaktion von meteoritischem Material mit sogenanntem Targetmaterial, Gesteinen der oberen Erdkruste, beitragen. Zum Beispiel zeigen Experimente und Naturbeobachtungen, dass Karbonatgesteine der Erdkruste bei Bedingungen des Einschlags von Asteroiden je nach den Rahmenbedingungen entweder schmelzen oder thermisch zersetzt werden können (Hamann et al. 2018). Nur die thermische Zersetzung trägt zur Freisetzung des Treibhausgases Kohlendioxid in die Atmosphäre bei.

Hamann, Ch., Bläsing, S., Hecht, L. Schäffer, S. Deutsch, A., Osterholz, J, Lexow, B. (2018): The reaction of carbonates in contact with laser-generated superheated silicate melts: Constraining impact metamorphism of carbonate-bearing target rocks. Meteoritics & Planetary Science, 53 (8), 1644-1686, https://doi.org/10.1111/maps.13133

  • Das Röntgenfluoreszenzspektrometer wurde eingesetzt, um die Spurenelementkonzentrationen von Grundgebirgsgesteinen und schmelzführenden Impaktgesteinen (Sueviten) des 20 Millionen Jahre alten Impaktkraters im Nördlinger Ries in Süddeutschland zu untersuchen. Die Ergebnisse erhärten die Theorie, dass sich die Suevite aus hochdynamischen, sich radial vom Einschlagsort ausbreitenden Dichteströmen abgelagert haben, ähnlich wie bei hochexplosiven Vulkanen (Siegert et al. 2017).

Siegert, S., Branney, M., Hecht, L. (2017): Density current origin of a melt-bearing impact ejecta blanket (Ries suevite, Germany). Geology 45(9):855-858, DOI: 10.1130/G39198.1.