Experimentelle Mineralphysik
Die Gruppe Experimentelle Mineralphysik führt Experimente durch, in denen die Druck- und Temperaturbedingungen des Erdinneren nachgestellt werden. Dazu nutzen die Wissenschaftler vorwiegend laserbeheizte Diamantstempelzellen.
Diamant ist eines der härtesten Materialien und für Licht verschiedenster Wellenlängen durchsichtig und damit bestens geeignet, um Materialien unter Bedingungen wie im Erdinneren einzuschliessen und ihre Eigenschaften dann zu analysieren. So können wir wichtige wissenschaftliche Erkenntnisse gewinnen und zum Beispiel die Dichte, die Kristallstruktur, die elastischen Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung von Materialien des tiefen Erdinneren bestimmen. Nach und nach setzen wir damit ein Puzzle zusammen, aus dem sich einmal ein Gesamtbild des Erdinneren ergeben wird.
Ein genaues Bild der heutigen Erde ist jedoch nur ein Ziel; gerne würden wir auch wissen, wie sich das Erdinnere durch die gesamte Erdgeschichte seit mehr als 4 Milliarden Jahren entwickelt hat. Eine Vorstellung ist, dass die frühe Erde grossräumig aufgeschmolzen war und eine Art tiefen Magma-Ozean enthielt, wodurch die Entwicklung chemisch verschiedener Lagen stark begünstigt wurde. Wir denken, dass ein Verständnis der Dynamik und der Differenzierungsprozesse in einem solchen tiefen Magma-Ozean der beste Weg sind, um die Rätsel um die Entwicklung der frühen Erde zu lösen. Wir führen daher Experimente durch, in denen wir die Prozesse der Bildung der frühen Erde aus einem komplett aufgeschmolzenen Zustand heraus simulieren.
Aus planetologischer Sicht ist eine spannende Frage, ob die Erde in Hinblick auf solche Bildungsprozesse, ihre Struktur und Zusammensetzung ein besonderer Fall ist. Höchstdruckexperimente erlauben in diesem Kontext dann auch, Einblick in die mögliche Struktur anderer Planeten unseres Sonnensystems oder auch von Exoplaneten zu gewinnen.
Druck kann Materialeigenschaften erheblich ändern, und einige interessante und ungewöhnliche Spielarten von Materialeigenschaften sind manchmal bei extremen Drücken zu beobachten. Die Synthese von neuartigen Materialien mit besonderen Eigenschaften ist somit ein anwendungsrelevantes potentielles Nebenprodukt unserer Forschung.
Die Gruppe Experimentelle Mineralphysik wird von Motohiko Murakami geleitet.
Kontakt
Leiter Institut für Geochemie und Petrologie
Inst. für Geochemie und Petrologie
Clausiusstrasse 25
8092
Zürich
Schweiz
