Organische Geochemie und Petrographie

Sedimentkern mit viel organischem Kohlenstoff - rechts: Fluoreszierende Kohlenwasserstoffeinschlüsse in einem Gestein Quelle: BGR

Im Bereich der organischen Geochemie und Petrographie arbeiten BGR-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler zu verschiedenen BGR-Themenfeldern. Neben direkt angewandten Aspekten werden Studien mit dem Ziel der Rekonstruktion organikreicher Paläoablagerungsräume und zur effizienten und schonenden Nutzung von Energierohstoffen sowie deren Begleiterscheinungen mit Hilfe geochemischer Verfahren durchgeführt.

Geochemie organikreicher Tonsteine und Erdöle

Erdöl ist ein fossiler Brennstoff und Baustein der chemischen Industrie. Die Erforschung der Bildung und des mikrobiellen Abbaus mithilfe von organisch-chemischen Verfahren ist ein Forschungsaspekt der BGR.
BGR-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler bestimmen hierzu die Menge und den Typ des organischen Materials sowie den organischen Kohlenstoffgehalt. Zudem extrahieren sie den löslichen Anteil des Materials und untersuchen die Zusammensetzung des Extraktes mit chromatographischen Methoden. Den Reifegrad des Materials bestimmen sie mit der Rock-Eval Pyrolyse. Die Korrelation zwischen Öl und Muttergestein, aber auch zwischen Ölen im Rahmen der Umweltforensik geschieht durch die chromatographische Auftrennung von Erdölen und Extrakten und den Vergleich der Verteilung der Sterane und Hopane in beiden Medien ("Fingerprint"-Methode) mit Hilfe der gekoppelten Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS(MS)).

Organisches Material (Organische Petrographie)

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der BGR erforschen und analysieren verschiedene organisch-petrographische Parameter von intaktem, oxidiertem und thermisch beanspruchtem dispersen organischen Material in Sedimenten mithilfe geochemischer und makro- und mikroskopischer Verfahren.
Die Bestimmung der Gesteinsart, die organisch-petrographische Charakterisierung des organisch reichen Sedimentes (der Typ, die Herkunft, der Erhaltungsgrad und Verteilungsmuster der organischen Substanz im Sediment), die Quantifizierung von organischen Bestandteilen, und die spektralen Fluoreszenzparameter werden mit Hilfe der Auflicht- und Fluoreszenzmikroskopie sowie mit der Konfokalen Laser-Scanning Mikroskopie (CLSM) durchgeführt.
Die thermische Maturität bestimmen die BGR-Forschenden über mikrophotometrische Messungen des Reflexionsvermögens von Huminit, Vitrinit und Bitumen, welche als disperses organisches Material in Sedimenten vorkommen. Hierzu wird die VIDABA, eine langjährig erstellte Vitrinitreflexions-Datenbank gepflegt und weiter ausgebaut, welche für die Charakterisierung der regionalen geologischen Versenkungsgeschichte und der Temperaturverteilung im Untergrund in verschiedenen Themenfelder der BGR Verwendung findet. Zusammen mit Maceralgruppenanalysen sowie der Spektral-Fluoreszenz-Mikrophotometrie werden die organisch-petrographischen Verfahren für Fragen zu Energierohstoffen, Nutzung des oberflächlichen und tieferen Untergrundes, aber auch für Faziesbestimmung und –verteilung für Paläorekonstruktionen genutzt.

Eine Qualitätssicherung erfolgt über die Zertifizierung durch eine ICCP SCAP Akkreditierung und ICCP DOMVR Akkreditierung (seit 2004; https://www.iccop.org/accreditation/accredited-petrographers/ )

Chemostratigraphie und Rekonstruktion von Ablagerungsräumen (Schwarzschiefer)

Spezielle organische Verbindungen dienen auch als Indikatoren bei der Rekonstruktion von geologischen Ablagerungsräumen. Über die Bestimmung und quantitative Analyse von Biomarkern und deren isotopische Signaturen können BGR-Forscherinnen und -Forscher auf die Umweltbedingungen zu einer gegebenen Zeitperiode rückschließen.
Dafür setzen sie Verfahren wie die Extraktion, Verseifung, chromatographische Fraktionierung und GC-MS- bzw. GC-FID-Bestimmung sowie Kohlenstoff-/Stickstoff-Isotopenanalysen ein.