Untersuchungen von Krustenprozessen und der Erdgeschichte mit dem M4 TORNADO

Eine präzise und robuste mineralogische und geochemische Charakterisierung von Proben ist entscheidend, um die Prozesse zu verstehen, die während der gesamten Erdgeschichte wirksam waren. Dieser Kontext ist grundlegend für fundierte Entscheidungen über eine weitere Auswahl der Proben für hochauflösende Analysen von Spurenelementen und Isotopeninformationen.

Die M4 TORNADO Micro-XRF-Spektrometer ermöglichen eine minimalinvasive, räumliche Charakterisierung von Haupt-, Neben- und Spurenelementen, womit sie essenzielle Informationen im Mikrometerbereich an Dezimeter großen Proben liefern, damit die Auswahl von Teilproben oder Mikroanalysen unterstützen und somit dafür sorgen, dass der maximale Erkenntnisgewinn aus jeder Probe erzielt wird.

Die Korngrößen und Körngrößenverteilungen,sowie die Haupt- und Spurenelementzonierung von Phänokristallen in magmatischen Gesteinen liefern wichtige Einblicke in die Entwicklung von Magmakammern vor der Bildung eines Plutons oder einem Vulkanausbruch. Solche Informationen werden häufig genutzt, um die verborgenen Prozesse der Schmelzentwicklung in der Tiefe der Erde zu entschlüsseln, welche die Phasen des Krustenwachstums und -recyclings steuern. Darüber hinaus können Daten aus vulkanischen Gesteinen wertvolle Rückschlüsse auf die Eruptionsraten liefern.

Ein Großteil der in solchen Studien verwendeten Daten stammt aus Kristallpulvern, die mittels Mikrobohrungen gewonnen werden oder aus In-situ-Analysen mittels Laserablationstechniken. Diese zeitaufwendigen und kostenintensiven Verfahren profitieren von einer Vorcharakterisierung, die die Auswahl der Teilprobenahme unterstützt. Micro-XRF-Elementverteilungskarten können diese Vorauswahl erleichtern, in dem größere Probenstücke mit minimaler Probenvorbereitung analysiert werden und die Elementverteilungskarten einen umfassenderen Überblick über die Gesteins- und Mineralchemie bieten.

Erfahren Sie mehr über diese wissenschaftliche Veröffentlichung:

• Yousefi, F., Lentz, D.R., Bark, G. (2025). Titanomagnetite Rims on Hornblende Phenocrysts in Intermediate Subvolcanic Intrusions, Torud–Ahmad Abad Magmatic Belt, Iran: Examination of Devolatilization and Oxidation Processes. Lithosphere, 227, p13.
• Miranda‑Díaz, G., Menzies, A., Riveros‑Jensen, K., Heide, G., Bußmann, L., Härtel, B., Tagle, R., Medina, E., Griem, W. (2024). Mineralogy and geochemistry of multi‑coloured sapphires at the Portezuelo de Pajas Blancas' deposits, northern Chile: revealing crystal growth processes. International Journal of Earth Sciences, 113, 635-656.

Seit ihrer Entdeckung vor Jahrzehnten durch Tauchboote an mittelozeanischen Rücken und anderen Spreizungszonen haben hydrothermale Quellen, auch „Black Smokers“ oder „Schlote“ genannt, faszinierende Einblicke in die Prozesse an aktiven Plattengrenzen geliefert – einschließlich der Entdeckung neuer Formen von „extremophilem“ Leben. Die Beschaffenheit dieser Formationen steht zudem in Zusammenhang mit der Entstehung bestimmter Typen von Basismetall-Lagerstätten, die inzwischen als Quelle kritischer Metalle (wie z.B. seltener Erden) zunehmend in den Fokus rücken.

Die Micro-XRF-Analyse mit dem M4 TORNADO ermöglicht eine schnelle Charakterisierung von Proben aus hydrothermalen Quellen und deren Umgebung, ohne dass eine aufwendige Probenvorbereitung erforderlich ist. Elementverteilungskarten enthüllen entscheidende Details über die Entwicklung der Schlote im Laufe der Zeit und darüber, wie diese Entwicklung durch die Wechselwirkung heißer, elementreicher Lösungen mit dem umgebenden Meerwasser gesteuert wird.

Erfahren Sie mehr über diese wissenschaftliche Veröffentlichung:

• Yang, K., , Dong, Y., Li, Z., Wang, H., Ma, W., Qiu, Z., Li, X., Han, C., Zhao, J. (2024). Geochemistry of buried polymetallic nodules from the eastern Pacific Ocean: Implication for the depth-controlled alteration process. Marine Geology, 467, 107190. 

Die Interpretation der komplexen Geschichte, die in metamorphen Gesteinen aufgezeichnet ist und einen Schlüssel zum Verständnis des Gebirgsaufbaus und anderer Krustenprozesse darstellt, erfordert eine sorgfältige Charakterisierung der Minerale, ihrer Zusammensetzung und ihrer strukturellen Beziehungen untereinander. Weil die Interpretation oft bereits im großen Maßstab am Aufschluss beginnt, im Anschluss aber mittels optischer Petrographie an polierten Dünnschliffen im kleineren Maßstab fortgesetzt wird, besteht eine Skalierungsstufe, die zu Informationsverlusten oder fehlerhafter Probennahme führen kann.

Die Micro-XRF-Spektrometrie mit dem M4 TORNADO ermöglicht die Messung handstückgroßer Proben und liefert Elementdaten in einem Maßstab, wie er im Aufschluss mit der Lupe beobachtet wird. Neben einem breiteren geochemischen Kontext für die Entwicklung des Gesteins erlaubt die Methode auch eine gezielte Auswahl für weiterführende Analysen. Dank der Messfleckgröße (<20 µm) des fokussierten Röntgenstrahls mit Polykapillarlinse und der Fähigkeit, Spurenelemente wie Y, Zr und Seltenen Erden zum Fluoreszieren zu bringen, wird die gezielte Untersuchung datierbarer Begleitminerale – deren Vorkommen und texturaler Kontext – selbst in größeren Gesteinsstücken einfach.

Abbildung 4: Oben: Übersichtsbild eines unpolierten Dünnschliffs aus einem Granat-Muskovit-Biotit-Schiefer. Der Bereich der 15 mm x 15 mm großen Elementverteilungskarten (untere Abbildungen) ist durch die gestrichelte schwarze Linie markiert. Unten: Elementverteilungskarten zeigen die relative Verteilung der Minerale im Schiefer (linkes Bild: Granat – rot; Biotit – rosa; Muskovit – gelb). Die Mangan-Zonierung in den Granat-Porphyroblasten lässt sich sehr einfach definieren. Im unteren rechten Bild ist die Verteilung des reichlich vorhandenen Zirkons in der Matrix und als Einschlüsse im Granat zu erkennen.

Erfahren Sie mehr über diese wissenschaftliche Veröffentlichung:

• Jacob, D.E., Fung, A. (2024). Geochemistry of forty-one eclogitic and pyroxenitic mantle xenoliths from the Central Slave Craton, Canada (Ekati Diamond Mine). Geoscience Data Journal, 11, 825-832. 

Die gezielte Suche nach datierbaren Begleitmineralen in Flusssedimenten oder aus zerkleinerten Gesteinen erfordert üblicherweise einen langen Prozess der Mineraltrennung mittels gravimetrischer und magnetischer Verfahren, der häufig in der manuellen Auswahl unter einem optischen Stereomikroskop endet. Das Vorhandensein des gewünschten Minerals ist in manchen Gesteinen nicht garantiert und lässt sich anhand optischer Eigenschaften nur von sehr erfahrenen Fachleuten sicher erkennen.

Das M4 TORNADO Micro-XRF-Spektrometer ermöglicht ein schnelles Screening von Partikelproben, um selbst geringste Spuren bestimmter Minerale nachzuweisen. Die Elementkartierung kann auch auf nicht-planaren Proben durchgeführt werden, einschließlich Streupräparaten von Partikeln – ohne Einbetten in Epoxidharz, Polieren oder Kohlenstoffbeschichtung. So wird ein schnelles Screening einfach und effizient. Ein zusätzlicher Vorteil der Micro-XRF als ED-XRF-Technik ist die simultane Erfassung des gesamten Energiespektrums an jedem Punkt, was eine umfassende Charakterisierung der Probe und die Detektion unerwarteter Minerale ermöglicht.

Anwendungsbereiche:

Materialüberprüfung nach dem Zerkleinern, um vor der Schwermineralabscheidung das relative Vorkommen der Zielmineralien zu bestimmen.

Durchführung einer Herkunftsanalyse von Flusssedimenten mit Unterstützung der umfassenden Mineralcharakterisierungsleistung von AMICS für das M4 TORNADO, ohne dass eine aufwendige Probenvorbereitung erforderlich ist.

Erfahren Sie mehr über diese wissenschaftliche Veröffentlichung:

• Watthanapond, P., Chualaowanich, T., Fanka, A. (2024). Mineral chemistry and petrography of granitic rocks related rare earth elements in Uthai Thani area, central Thailand: Implication for REE potential in Thailand. Bulletin of Earth Sciences of Thailand, 16, 69-79.

Ganz gleich, ob Sie gerade die neue Instrumentierung Ihres Labors evaluieren, Ihren nächsten Förderantrag vorbereiten oder prüfen möchten, wie sich Micro-XRF in Ihre Arbeitsabläufe integrieren lässt, wir beraten Sie gerne.

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