Profile der Wissenschaftsbotschafter/innen

• Besuche pro Jahr: 4
• Regionen: Tirol, Vorarlberg, Salzburg
• Keine anfallenden Kosten für die Schule

Forschungsschwerpunkte

• Die Entstehung der Erde und der Bausteine des Lebens
• Die Geschwindigkeit von chemischen Reaktionen in der Erdkruste
• Laborexperimente bei hohen Drücken und Temperaturen, welche die Bedingungen im Erdinneren (von der Erdkruste bis in den tiefen Erdmantel) simulieren

Aktuelle Projekte

Welche Rohstoffe stecken in einem Handy? Und wie wird aus einem Erz ein Metall gewonnen? Wie ist die Erde entstanden? Was erzählen uns Proben aus der Erdkruste oder dem Erdmantel?  Wie kann man Modelle entwickeln, um vergangene Plattenbewegungen zu verstehen? Wie kann man damit vielleicht sogar die Lebensbedingungen der Erde vorhersagen? Und wie funktioniert überhaupt so ein Laborexperiment?

Gemeinsam können wir eintauchen in die Welt der Minerale und Gesteine, in das Erdinnere und wir können uns mit den Bausteinen des Lebens beschäftigen. Gerne bringe ich den mineralogischen Lehrkoffer als Anschauungsmaterial mit, um die Faszination von Mineralen und Gesteinen im wahrsten Sinne des Wortes „begreifbar“ zu machen. Dabei darf je nach Klassenstufe in verschiedenen Schwierigkeitsgraden experimentiert werden (der Lehrkoffer wird bereits von der Volksschule bis zu unseren Studierenden im ersten Semester eingesetzt). Auch mitgebrachte Minerale und Gesteine der SchülerInnen und Schüler können untersucht werden.

Verteilung von Halogenen (Fluor, Chlor, Brom und Iod) im Erdmantel:
Volatile (z.B. Wasser) haben einen großen Einfluss auf das Verhalten von Magmen. Sie beeinflussen unter anderem die Viskosität (Zähflüssigkeit) von Schmelzen und haben dadurch entscheidenden Einfluss darauf, wie ein Vulkanausbruch abläuft (explosionsartig oder langsam fließend) sowie auf den gesamten Materialtransport im Erdmantel. Dieser Materialtransport kontrolliert wiederum die Abkühlgeschwindigkeit eines Planeten (auch den unserer Erde). Volatile sind aber auch bedeutende Treibhausgase, die, wenn sie in die Atmosphäre gelangen, großen Einfluss auf unser Klima haben. Aufgrund von aktuellen Forschungsergebnissen der letzten Jahre scheint sich herauszustellen, dass der Erdmantel ein bedeutendes Reservoir für Volatile darstellt. Anhand von Experimenten bei hohen Drücken und Temperaturen versucht das Forschungsteam herauszufinden, wie Halogene und Volatile im Erdinneren verteilt sind, um damit den Einfluss von Volatilen auf die Prozesse im Erdmantel und auf unseren gesamten Planeten besser zu verstehen.

FWF Projekt: Phosphor im tiefen Erdinneren und die Entstehung des Lebens

Das Element Phosphor hat eine wesentliche Rolle für die Entwicklung des Lebens auf der Erde. Phosphor ist für die Energieversorgung der Zellen unentbehrlich, so dass ohne dieses Element keine höheren Lebensformen möglich wären. Phosphor ist auch bei der Biomineralisation von Knochen und Zähnen von entscheidender Bedeutung. Die Verfügbarkeit von Phosphor in der Biosphäre wird durch einen Austausch mit dem Erdinneren gesteuert. Durch Vulkanismus und die Verwitterung von Gestein wird Phosphor für die Biosphäre verfügbar machen. Der Transport von Phosphor aus der Biosphäre zurück ins Erdinnere erfolgt durch einen sehr langsamen Prozess, der Subduktion genannt wird und der vermutlich schon in einem sehr frühen Stadium der Erdgeschichte vor mehr als 4 Milliarden Jahren einsetzte.

Viele Aspekte der Verteilung und des Transports von Phosphor im Erdmantel, insbesondere im unteren Mantel, der sich bis in Tiefen von mehr als 600 km erstreckt, sind noch wenig bekannt. Es ist bekannt, dass eine spezielle Gruppe von Mineralen, die so genannten Kalziumphosphate, bei denen es sich im Wesentlichen um Verbindungen aus Kalzium, Phosphor und Sauerstoff handelt, eine wichtige Rolle für den Transport und die Speicherung von Phosphor in den obersten 600 km des Erdinneren spielen. Ob die Kalziumphosphate in noch größeren Tiefen eine Rolle spielen, welche Minerale als alternative Träger für Phosphor dienen könnten und wie Phosphor in die Strukturen dieser Minerale eingebaut wird, ist dagegen noch kaum erforscht. Dieses Wissen ist jedoch von entscheidender Bedeutung für eine korrekte Abschätzung der Mengen von Phosphor, die im Laufe der Erdgeschichte zwischen der Biosphäre und dem Erdinneren ausgetauscht wurden. Aus diesem Wissen lässt sich dann abschätzen wieviel Phosphor als wichtiger Baustein komplexen Lebens im Laufe der Erdgeschichte in der Biosphäre zur Verfügung stand.

FWF Projekt: Reaktionsgeschwindigkeit von metamorphen Reaktionen:
Proben aus der Erdkruste oder dem Erdmantel, welche das Forschungsteam an der Erdoberfläche finden, können etwas über die vorherrschenden Bedingungen „erzählen“, bei denen Minerale in dieser Probe miteinander reagiert haben (Druck, Temperatur, chemische Gesamtzusammensetzung, Volatile vorhanden - wenn ja welche?, Sauerstoff vorhanden - wenn ja wieviel?, Abkühlraten etc.) In Laborexperimenten versuchen die Forscher/innen diese Reaktionen zu simulieren und dabei zu verstehen, welche Faktoren welchen Einfluss auf den Reaktionsablauf und die Reaktionsgeschwindigkeit haben. Dies hilft ihnen natürliche Proben besser deuten zu können und mit diesen Erkenntnissen Modelle zu entwickeln, welche die vergangenen Plattenbewegungen, Vulkanausbrüche, Erdbeben, Gebirgsbildungen usw. aufzeigen. Anhand dessen lässt sich im Idealfall, unter Miteinbeziehung von anderen Wissenschaften, die zukünftige Plattenverteilung, Verteilung der Klimazonen, Meeresströmungen, Lebensbedingungen usw. der Erde vorhersagen.

Auszug aus dem wissenschaftlichen Werdegang

• seit 2020: Assistenzprofessor an der Universität Innsbruck
• 08/2015-2019: Universitätsassistent (wissenschaftlicher Mitarbeiter) an der Universität Innsbruck, Österreich
• 11/2013-07/2015: Postdoc; Department of Earth Sciences, The University of Oxford, UK
• 10/2011-11/2013: Postdoc; School of Earth, Atmospheric and Environmental Sciences (SEAES), University of Manchester, UK
• 04/2011-09/2011: Postdoc; Department für Lithosphärenforschung, Universität Wien, Österreich
• 02/2008-02/2011: Doktorand am GeoForschungsZentrum Potsdam(GFZ), Deutschland
• 07/2007-08/2007: Forschungsaufenthalt an der University of Michigan, Ann Arbor, USA
• 08/2005-09/2005: Forschungsaufenthalt an der University of Missouri, Columbia, USA
• 10/2002-01/2008: Studium der Geowissenschaften an der Leibniz Universität Hannover, Deutschland

Weitere Informationen zur Vorbereitung von Schulen

https://www.dmg-home.org/mineralogie/mineralogischer-lehrkoffer/der-lehrkoffer/
https://www.uibk.ac.at/mineralogie/staff/joachim.html.en