Bildgebung und Mikroskopie

Die Bildgebungs- und Mikroskopieeinrichtung bietet eine multiskalige Analysesuite, die entwickelt wurde, um die dynamische und strukturelle Komplexität geologischer Materialien zu erfassen. Unsere Infrastruktur reicht von Ultrahochgeschwindigkeits- und Thermografiekameras zur Überwachung schneller vulkanischer Prozesse bis hin zu fortschrittlichem 3D-Konfokallaserscanning und digitaler Mikroskopie für eine präzise topografische Charakterisierung. Wir bieten spezialisierte Fähigkeiten in der Raman-Spektroskopie zur zerstörungsfreien Mineralidentifizierung, Fluoreszenzmikroskopie für biologische Wechselwirkungen und spezieller Erz-Mikroskopie für paläomagnetische Forschung. Diese optischen Systeme werden durch unsere hochauflösenden Elektronenmikroskopie- und Elektronenmikrosondenanlagen (EPMA) ergänzt, die die für eine umfassende geowissenschaftliche Forschung erforderlichen chemischen und strukturellen Submikrometer-Bilder liefern, sowie durch Röntgendiffraktometrie und Rasterkraftmikroskopie.

Mikroskopie

Bildgebende Verfahren der Paläoichthyologie

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Die Ausstattung ermöglicht hochauflösende Analysen der Skelett- und Schädelanatomie fossiler und rezenter Fische. Mithilfe von Mikro-CT-Daten und der AMIRA-Software werden detaillierte 3D-Rekonstruktionen erstellt, um phylogenetische Fragestellungen und die Lebensweise der untersuchten Arten zu interpretieren.

Das Labor dient als zentrale Vorbereitungsstätte für sedimentologische Untersuchungen und die Fossilpräparation. Hier werden Geländeproben aufbereitet, geschlämmt und für die anschließende Bestimmung und paläoökologische Interpretation sortiert. Es bietet die methodische Grundlage für Bachelor- und Masterprojekte im Bereich der regionalen Geologie und Stratigraphie.

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Digitalmikroskop Keyence VHX-7000. Das flexible Mikroskop ist mit einer LED-Deckenbeleuchtung ausgestattet, um die Oberflächentopologie von Materialien zu rekonstruieren und zu charakterisieren, während es Bilder mit hoher Fokustiefe und Präzision im Mikrometer- bis Zentimeterbereich liefert. Dies ermöglicht eine dreidimensionale Charakterisierung von Form, Volumen und Oberflächenrauheit. Ein automatisierter Probentisch mit Beleuchtung von unten ermöglicht die Polarisationsmikroskopie von petrologischen Dünnschnitten. Proben mit einer Größe von 10 x 10 x 2,5 cm³ (maximal 4 kg) können mit dem automatisierten Tisch gemessen werden. Bei höchster Vergrößerung kann eine Auflösung von 10 µm erreicht werden. Die mögliche Drehung und Bewegung der Neigungsachse ermöglicht die Charakterisierung der Probe aus verschiedenen Positionen und Winkeln.

Fluoreszenzmikroskopie

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Der THUNDER Imager 3D Assay ermöglicht eine schnelle, kontrastreiche 3D-Bildgebung in fünf Fluoreszenzkanälen und Durchlicht/Hellfeld und verbessert die Signalklarheit durch Reduzierung des unscharfen Hintergrunds. Sein motorisierter Tisch unterstützt die automatisierte Erfassung mehrerer Positionen, Zeitraffer-Experimente und das Zusammenfügen größerer Sichtfelder, wodurch er sich gut für quantitative Assays und reproduzierbare Multi-Well-Workflows eignet. Installierte Fluoreszenzfiltersätze: 405 (DAPI/Hoechst), 488 (FITC/GFP/Alexa 488), 545–568 (TRITC/RFP/mCherry/Alexa 568), 594 (Texas Red/Alexa 594), 647 (Cy5/Alexa 647).

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Fluoreszenz- und Polarisationsmikroskopie bilden eine wichtige Brücke zwischen Morphologie und Genetik. Diese Methoden ermöglichen es, die komplexe Skelettarchitektur von Schwämmen und die räumliche Verteilung mikrobieller Symbionten direkt in der Gewebestruktur in hoher Auflösung und in 3D sichtbar zu machen. Durch die Kombination von Fluoreszenzsignalen mit phylogenetischen Daten können bestimmte Zelltypen oder Mikroorganismen präzise lokalisiert und ihre Rolle bei der Biomineralisation oder in evolutionären Prozessen analysiert werden. Ergänzt durch polarisationsoptische Untersuchungen zur Bestimmung kristalliner Strukturen in Skelettelementen liefert dieser integrative Ansatz tiefe Einblicke in die historische Entwicklung und funktionelle Ökologie aquatischer Ökosysteme.

Das Leica M165 FC eignet sich ideal für die Beobachtung größerer, intakter Proben in echtem 3D und kombiniert Fluoreszenz- und Durchlichtbildgebung für schnelles Screening und Dokumentation. Ein motorisierter Fokus ermöglicht die Erfassung von Z-Stapeln, die rechnerisch zu einem einzigen Bild mit erweiterter Tiefenschärfe kombiniert werden können. Optionales Polarisationszubehör ist erhältlich, um polarisierte Lichtmikroskopie für eine verbesserte Visualisierung doppelbrechender Strukturen durchzuführen.

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Das Leica DMLB ist ein vielseitiges Aufrechtmikroskop für die Dokumentation dünner Schnitte und routinemäßige mikroskopische Anwendungen. Es bietet eine einfache Polarisation für die kreuzpolarisierte Bildgebung (z. B. zur Erkennung doppelbrechender Strukturen) und ist mit DIC ausgestattet, um den Kontrast bei transparenten Proben zu verbessern. Ein spezielles Kamerasystem ermöglicht die einfache Bildaufnahme für Dokumentations- und Analysezwecke.

Erzmikroskopie

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In der Paläomagnetik ist die Erzmikroskopie ein entscheidendes Bindeglied zwischen Gesteinsmagnetik und Geologie. Sie ermöglicht die präzise Identifizierung der remanenztragenden Minerale wie Magnetit, Hämatit oder Pyrrhotit. Über die reine Identifikation hinaus erlaubt die Auflichtmikroskopie die Untersuchung kritischer Texturen, wie etwa Ilmenit-Entmischungslamellen in Titanomagnetiten oder Anzeichen von hydrothermaler Alteration und Verwitterung. Diese Beobachtungen sind fundamental, um die thermoremanente Stabilität einer Probe zu bewerten.

Die Analyse von Korngrößen und Domänenstrukturen unter dem Mikroskop hilft dabei, die Verlässlichkeit der aufgezeichneten Paläofeld-Signale einzuschätzen. Besonders die Unterscheidung zwischen primärer Magnetisierung und späterer chemischer Remanenz (CRM) ist ohne petrographische Kontrolle kaum möglich. Damit bildet die Erzmikroskopie die Basis für die Interpretation paläomagnetischer Daten, da sie sicherstellt, dass die gemessenen Richtungen tatsächlich den Zeitpunkt der Gesteinsbildung repräsentieren und nicht durch spätere geochemische Prozesse verfälscht wurden.

Raman-Spektroskopie

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Ein Raman-Spektroskop ist ein analytisches Messgerät, das auf dem sogenannten Ramaneffekt beruht. Trifft monochromatisches Laserlicht auf ein Material, wird ein kleiner Teil des Lichtes inelastisch gestreut. Die dabei auftretende Energieverschiebung ist charakteristisch für die Schwingungen der Atome und Moleküle und liefert einen „spektralen Fingerabdruck“ der untersuchten Substanz.
Für die Geowissenschaften eröffnet diese Methode vielfältige Möglichkeiten: Minerale können zerstörungsfrei identifiziert, Kristallstrukturen charakterisiert, Phasenübergänge verfolgt und Einschlüsse in Gesteinen oder Meteoriten untersucht werden. Auch die Bestimmung von Verwitterungsprodukten, Gläsern oder organischen Bestandteilen ist möglich.

Das Raman-Spektroskop (HORIBA Jobin Yvon XploRa) wird von der Mineralogischen Staatssammlung München (MSM) betrieben. Ergänzend steht ein mobiles Handheld-Raman-Spektrometer von Metrohm mit grünem Laser zur Verfügung, das flexible Messungen direkt an Objekten vor Ort ermöglicht.

• Messungen an vulkanischen Proben und Gesteinen
• Charakterisierung von Materialien und Mineralphasen im geowissenschaftlichen Kontext
• Charakterisierung von organischen Materialien und Pflanzen

Hochgeschwindigkeitskamera

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Die Hochgeschwindigkeits-Bildgebungssuite mit Phantom V711-Kameras ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Erfassung extrem schneller geowissenschaftlicher Phänomene, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Durch Aufnahmen mit bis zu 7.530 fps in HD-Auflösung – und über 680.000 fps bei reduzierter Auflösung – können Forscher hochenergetische Ereignisse mit einer Genauigkeit im Mikrosekundenbereich analysieren. Diese Konfiguration eignet sich besonders für die Untersuchung von vulkanischer Fragmentierung, Schockwellenphänomenen und Gesteinsbrüchen bei Druckfestigkeitsprüfungen. Um eine hohe Datenqualität zu gewährleisten, verfügt das System über flimmerfreie HQI-TS- und LED-Cluster-Beleuchtung für eine gleichmäßige Ausleuchtung. Ein wesentlicher Vorteil dieser Anlage ist die Möglichkeit, monochrome Videodaten mit hochfrequenten Sensoraufzeichnungen von Druck, Temperatur und akustischen Emissionen zu synchronisieren, was eine umfassende, multiparametrische Analyse dynamischer Prozesse wie Partikelausstoß und Aschebildung ermöglicht.

Kameras

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Die tragbare FLIR-Wärmebildkamera ist ein vielseitiges Werkzeug zur Überwachung und Analyse des thermischen Verhaltens von vulkanischen Materialien und geologischen Prozessen. Durch die Erfassung von Infrarotstrahlung ermöglicht sie Forschern die Visualisierung von Wärmemustern, die für das bloße Auge unsichtbar sind, und bietet eine sichere Möglichkeit, extreme Temperaturen aus der Ferne zu messen. Ob für Weitwinkelbeobachtungen einer Landschaft oder für gezielte Untersuchungen bestimmter vulkanischer Merkmale – die Kamera liefert Echtzeitdaten darüber, wie sich Materialien erwärmen und abkühlen. Diese Fähigkeit ist unerlässlich, um thermische Anomalien zu verfolgen, aktive Lavaströme zu überwachen und die Energiedynamik von Vulkanausbrüchen sowohl im Feld als auch im Labor zu verstehen.