Gerätepaket zur Lumineszenz Tomographie von Gesteins-, Sediment- und Bodenstrukturen

Innovation im Fokus

Wie alt sind die einzelnen Schichten eines Bodens?

Welche Prozesse haben eine Landschaft geformt – und wie wird sie sich künftig weiterentwickeln?

Lässt sich das Alter archäologischer Artefakte präzise bestimmen?

 Fragen wie diese stehen im Zentrum geowissenschaftlicher und archäologischer Forschung. Am Institut für Geographie der Universität zu Köln (UzK) wurde zwischen 2022 und 2023 ein innovatives Gerätepaket zur Lumineszenz Tomographie aufgebaut, das hilft, genau solche Fragen mit innovativen Methoden zu beantworten. Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und unter der Leitung von Professor Dr. Tony Reimann, eröffnet es neue methodische Möglichkeiten zur Untersuchung von Gesteins-, Sediment- und Bodenstrukturen. Genauer gesagt ermöglicht  das Paket die Entwicklung von 3D-Analysen der Lumineszenzeigenschaften in Gesteins- Sediments- und Bodenstrukturen im räumlichen und zeitlichen Kontext. 

Kernstück: New Generation Luminescence Reader

Das zentrale Gerät ist ein new generation luminescence reader (Abb. 1), spezialisiert auf InfraRed PhotoLuminescence (IRPL, Prasad et al. 2017; Kumar et al. 2018). Diese Technik ermöglicht es erstmals, dosimetrische Lumineszenz-Information zerstörungsfrei aus natürlichen Mineralen zu gewinnen.

• Mit ortsaufgelöstem Lumineszenz Imaging (z. B. HR-IRPL, EMCCD) können verbesserte Lumineszenz-Analysen von Gesteinsoberflächen, sowie saprolitischem oder vulkanischem Material durchgeführt werden.
• Parallel dazu bildet IRPL die Grundlage, um Lumineszenz-Tomographien als neuartige Methode weiterzuentwickeln.

Ergänzung durch micro-XRF Spektrometer

Als assoziiertes Gerät wird ein micro-XRF Spektrometer (Abb. 2) integriert. Damit lassen sich chemische Elementverteilungen von Gesteins- und Bodenoberflächen räumlich kartieren, die sich dann mit den Lumineszenz-Daten kombinieren lassen.

Ziel: Lumineszenz-Tomographie

Durch dieses Zusammenspiel beider Geräte können Lumineszenz-Eigenschaften von Mineralkörnern in ihrem räumlichen Kontext erfasst (Lumineszenz-Gerät) und mit Elementverteilungskarten (micro-XRF) verschnitten werden. Das Ziel ist es, Lumineszenz-Tomographie zu ermöglichen und somit relevante Gesteins-, Sediment und Bodenstrukturen in drei räumlichen Dimensionen und in Abhängigkeit der Zeit zu erfassen. So wird ermöglicht, räumlich aufgelöste Altersabfolgen zu rekonstruieren und gleichzeitig Kontext- und Prozessinformationen zu Landschaftsdynamik, Bodengenese oder auch archäologischen Artefakten zu gewinnen.

 Bedeutung für Forschung und Vernetzung

Das Projekt erweitert das international sichtbare Kölner Lumineszenzlabor (CLL) (LINK) und stärkt den geochronologischen Schwerpunkt an der UzK.

Besonders die Einbindung interner und externer Mitnutzer*innen aus dem Bereich der Geowissenschaften und Archäologie verdeutlicht das Potenzial des Gerätepakets, einerseits innovative Anwendungen weiterzuentwickeln und andererseits Vernetzung innerhalb des Geowissenschaftlichen Departments (UzK), des Geoverbunds ABC/J und des Instituts für Ur- und Frühgeschichte (UzK) zu fördern.