Studium hochkomplexer atomarer Spektren mittels Methoden der Laserresonanzionisation

In dieser Arbeit wurden umfangreiche laserspektroskopische Studien mit dem Zielrneines verbesserten Verständnisses höchst komplexer Spektren der Lanthanide und Aktinide durchgeführt. Einen Schwerpunkt bildete die Bestimmung bisher nicht oder mit unbefriedigender Genauigkeit bekannter erster Ionisationspotentiale für diese Elemente.rnHierzu wurden drei unterschiedliche experimentelle Methoden eingesetzt. Die Bestimmung des Ionisationspotentiales aus Rydbergserien wurde an den Beispielen Eisen, Mangan und Kobalt mit gemessenen Werten von IPFe = 63737, 6 ± 0, 2stat ± 0, 1syst cm−1, IPMn = 59959, 6 ± 0, 4 cm−1 beziehungsweise IPCo = 63564, 77 ± 0, 12 cm−1 zunächst erfolgreich erprobt. Die bestehenden Literaturwerte konnten in diesen Fällen bestätigt werden und bei Eisen und Kobalt die Genauigkeit etwa um einen Faktor drei bzw. acht verbessert werden. Im Falle der Lanthaniden und Aktiniden jedoch ist die Komplexität der Spektren derart hoch, dass Rydbergserien in einer Vielzahl weiterer Zustände beliebiger Konfiguration nicht oder kaum identifiziert werden können.rnUm dennoch das Ionisationspotential bestimmen zu können, wurde die verzögerte, gepulste Feldionisation wie auch das Verfahren der Isolated Core Excitation am Beispiel des Dysprosiums erprobt. Aus den so identifizierten Rydbergserien konnten Werte von IPFeld = 47899 ± 3 cm−1 beziehungsweise IPICE = 47900, 4 ± 1, 4 cm−1 bestimmt werden. Als komplementärer Ansatz, der auf ein möglichst reichhaltiges Spektrum in der Nähe des Ionisationspotentiales angewiesen ist, wurde zusätzlich die Sattelpunktsmethode erfolgreich eingesetzt. Das Ionisationspotential des Dysprosium wurde damit zu IPDy = 47901, 8±0, 3 cm−1 bestimmt, wobei am Samarium, dessen Ionisationspotential aus der Literatur mit höchster Genauigkeit bekannt ist, bestätigt werden konnte, dassrnauftretende systematische Fehler kleiner als 1 cm−1 sind. Das bisher sehr ungenau bekannte Ionisationspotential des Praseodyms wurde schließlich zu IPPr = 44120, 0 ± 0, 6 cm−1 gemessen. Hiermit wird der bisherige Literaturwert bei einer Verbesserung der Genauigkeit um zwei Größenordnungen um etwa 50 cm−1 nach oben korrigiert. Aus der Systematik der Ionisationspotentiale der Lanthaniden konnte schließlich das Ionisationspotential des radioaktiven Promethiums mit IPPm = 44985 ± 140 cm−1 vorhergesagt werden. Abschließend wurde die Laserresonanzionisation des Elements Protactinium demonstriertrnund das Ionisationspotential erstmals experimentell bestimmt. Ein Wert vonrn49000±110 cm−1 konnte aus dem charakteristischen Verhalten verschiedener Anregungsschemata gefolgert werden. Dieser Wert liegt etwa 1500 cm−1 höher als der bisherige Literaturwert, theoretische Vorhersagen weichen ebenfalls stark ab. Beide Abweichungen können über eine Betrachtung der Systematik der Ionisationspotentiale in der Aktinidenreihe hervorragend verstanden werden.

Geochemistry of Fe-Mn crusts in sediments of the Central Indian Ridge

Layered Fe-Mn crusts from the off-axis region of the first segment of the Central Indian Ridge north of the Rodrigues Triple Junction were studied geochemically and mineralogically. Vernadite (delta-MnO2) is the main mineral oxide phase. 230Thxs and Co concentrations suggest high growth rates of up to 29 mm/Myr and a maximum age of the basal crust layer of 1 Ma. Whereas most of the major and minor elements show concentrations which are typical of hydrogenetic formation, Co, Pb, Ni and Ti concentrations are strikingly lower. Concentrations and distribution of the strictly trivalent rare-earths and yttrium (REY) are typical of hydrogenetic ferromanganese oxide precipitates, but in marked contrast, the crusts are characterized by negative CeSN (shale normalized) anomalies and (Ce/Pr)SN ratios less than unity. Profiles through the crusts reveal only minor variations of the REY distribution and (Ce/Pr)SN ratios range from 0.45 to 0.68 (compared to ratios of up to 2 for typical hydrogenetic crusts from the Central Indian Basin). The apparent bulk partition coefficients between the crusts and seawater suggest that for the strictly trivalent REY the adsorption-desorption equilibrium has been reached. Positive Ce anomalies in the partition coefficient patterns reveal preferential uptake of Ce, but to a lesser extent than in normal hydrogenetic crusts. A new parameter (excess Ce, Cexs) to quantify the degree of decoupling of Ce from REY(III) is established on the basis of partition coefficients. Cexs/Cebulk ratios suggest that the CIR crusts formed by precipitation of Fe-Mn oxides from a hydrothermal plume and that in hydrothermal plumes and normal seawater the enrichment of Ce results from the same oxidative sorption process. The growth rates, calculated with 230Thxs data as well as with the Co formula, are inversely related to Cexs.

Trace element contents in different types of recent bottom sediments from the Indian Ocean

Trace element contents in different types of recent botoom sediments of the Indian Ocean are given. Sediment samples were obtained during cruises of the P.P. Shirshov Institute of Oceanology, Moscow.

Rare earth elements of ROV sample GeoB12338-2 from the Makran accretionary complex

Authigenic carbonates forming at an active methane-seep on the Makran accretionary prism mainly consist of aragonite in the form of microcrystalline, cryptocrystalline, and botryoidal phases. The d13Ccarbonate values are very negative (-49.0 to -44.0 per mill V-PDB), agreeing with microbial methane as dominant carbon source. The d18Ocarbonate values are exclusively positive (+ 3.0 to + 4.5 per mill V-PDB) and indicate precipitation in equilibrium with seawater at bottom water temperatures. The content of rare earth elements and yttrium (REE + Y) determined by laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry (LA-ICP-MS) and solution ICP-MS varies for each aragonite variety, with early microcrystalline aragonite yielding the highest, cryptocrystalline aragonite intermediate, and later botryoidal aragonite the lowest REE + Y concentrations. Shale-normalised REE + Y patterns of different types of authigenic carbonate reflect distinct pore fluid compositions during precipitation: Microcrystalline aragonite shows high contents of middle rare earth elements (MREE), reflecting REE patterns ascribed to anoxic pore water. Cryptocrystalline aragonite exhibits a seawater-like REE + Y pattern at elevated total REE + Y concentrations, indicating higher concentrations of REEs in pore waters, which were influenced by seawater. Botryoidal aragonite is characterised by seawater-like REE + Y patterns at initial growth stages followed by an increase of light rare earth elements (LREE) with advancing crystal growth, reflecting changing pore fluid composition during precipitation of this cement. Conventional sample preparation involving micro-drilling of carbonate phases and subsequent solution ICP-MS does not allow to recognise such subtle changes in the REE + Y composition of individual carbonate phases. To be able to reconstruct the evolution of pore water composition during early diagenesis, an analytical approach is required that allows to track the changing elemental composition in a paragenetic sequence as well as in individual phases. High-resolution analysis of seep carbonates from the Makran accretionary prism by LA-ICP-MS reveals that pore fluid composition not only evolved in the course of the formation of different phases, but also changed during the precipitation of individual phases.

Composition of sedimemts from the Transpacific profile

The book is devoted to comprehensive study of composition of sediments from the North Pacific Ocean. The sediments have been divided characterized by their lithologic and facial types, grain size composition and mineralogy. Influence of volcanism on formation of mineral and chemical composition of these sediments has been shown. Regularities of distribution of sediment accumulation rates and of a number of chemical elements on the Transpacific profile have been found. Determining role of mechanical fractionation in their localization has been shown.