Projekty badawcze

Aktualne projekty badawcze

Transformacje minerałów i dystrybucja REE, Th, U i Pb w procesach przeobrażeń monacytu, ksenotymu i allanitu w nano- i mikroskali oraz rozwój analityczny mikrosondy elektronowej i mikro-spektroskopii Ramana dla tych faz 

Głównym celem projektu jest rekonstrukcja mechanizmów przeobrażeń monacytu, ksenotymu i allanitu w nano- i mikroskali, charakterystyka wpływu tych procesów na zapis izotopowy U-Pb, jak również rozwój wybranych metod mikroanalizy. Obserwacje i analizy w nanoskali dostarczyły kluczowych informacji na temat rekonstrukcji indukowanych przez fluidy procesów rozpuszczania i wytrącania (coupled dissolution-reprecipitation), które stanowią główny mechanizm przeobrażeń monacytu, ksenotymu i allanitu. Część projektu obejmuje badania TEM i analizy LA-ICPMS U-Pb eksperymentalnie przeobrażonych monacytu i ksenotymu, które wykazują różny stopień zmian w układzie U-Pb w zależności od warunków temperaturowych; wyniki te mają kluczowe znaczenie dla badań petrochronologicznych z użyciem monacytu i ksenotymu. Więcej informacji >>

Źródło finansowania: Narodowe Centrum Nauki, grant OPUS nr 2017/27/B/ST10/00813

System hydrotermalny w późnym archaiku - jego wpływ na skład środowiska abiotycznego

Ziemia pod koniec archaiku (2.5 Ga) była znacznie chłodniejsza. Jaki był wtedy system hydrotermalny sprzyjający rozwojowi życia? Podobny do młodszych, czy odrębny? Materiałem do badań jest masyw granitowy Closepet z indyjskiego Dharwaru. Są w nim zmiany powstałe z działań gorących płaszczowo-skorupowych roztworów. Projekt zakłada badanie składu tych roztworów na podstawie analiz domen minerałów, tworzonych w wyniku krystalizacji magmowej jak i ich hydrotermalnej rekrystalizacji oraz określenie ich wieku. Optymalnym wyborem dla takiego zadania badawczego jest tytanit, ze względu na jego podatność na zmiany w wyniku interakcji z roztworami jak i możliwość datowania jego domen pierwotnych jak i wtórnych. Więcej informacji >>

Źródło finansowania: Narodowe Centrum Nauki, grant OPUS nr 2018/31/B/ST10/01060

Charakter kambro-ordowickiego bimodalnego magmatyzmu związanego z ryftingiem Gondwany z perspektywy NE części Masywu Czeskiego w świetle zintegrowanych badań terenowych, geochemicznych i izotopowych skał i minerałów, zwłaszcza cyrkonów

Bimodalny magmatyzm powiązany z wczesno-paleozoicznym wydarzeniem magmowym w północnej Gondwanie jest udokumentowany w masywach krystalicznych rozciągających się od Hiszpanii po Polskę. Badania geochemiczne kwaśnych i zasadowych skał metamagmowych, pomimo ich bliskiego występowania, prowadzą jednak często do odmiennych lub nawet rozbieżnych wnioskowań dotyczących zarówno dokładnego wieku i pochodzenia, tj. w jakim stopniu skały magmowe pochodziły z przetopienia skał płaszcza a w jakim skorupy ziemskiej; jak i tego, w którym etapie cyklu wędrówki kontynentów magmy te zostały wygenerowane, w tym, jakie skały tworzyły się w środowisku wewnątrz-kontynentalnym, a jakie w oceanicznym. Dzięki badaniom bimodalnych asocjacji metawulkanicznych w Sudetach, będzie możliwe lepsze zrozumienie przebiegu wczesno-paleozoicznych procesów termalnych w północnej Gondwanie. Do rekonstrukcji wydarzeń prowadzących do powstania takich zespołów skał, wykorzystywane są badania terenowe, analizy geochemiczne i izotopowe (Sm-Nd) całych skał, datowania U-Pb cyrkonów oraz oznaczenia izotopów hafnu, tlenu oraz pierwiastków śladowych w cyrkonach. Więcej informacji >>

Źródło finansowania: Narodowe Centrum Nauki, grant OPUS nr 2018/29/B/ST10/01120

Dyferencjacja siarczków i wzbogacenie w metale w dolnej skorupie oceanicznej i strefie Moho: odwierty ICDP OmanDP

Badania prowadzone są na długim odcinku dolnej skorupy oceanicznej, strefy Moho i górnego płaszcza nawierconych niedawno w ofiolicie Omańskim przez International Continental Scientific Drilling Program (ICDP) (projekt OmanDP). Nasz projekt pomoże zidentyfikować istotne procesy magmowe w pierwszym etapie metalogenezy w górnej litosferze oceanicznej, warunkujących drugi etap metalogenezy w procesach hydrotermalnych, prowadzących do powstania polimetalicznych masywnych siarczków na dnach oceanów. Więcej informacji >>

Źródło finansowania: Narodowe Centrum Nauki, grant OPUS nr 2019/33/B/ST10/03016

Powstawanie endogenicznych złóż metali na Marsie w świetle nowych danych z sondy ExoMars/TGO i meteorytów marsjańskich

Procesy metalogeniczne na Marsie przypominają te na Ziemi, ale mało wiadomo o rozmieszczeniu i składzie chemicznym marsjańskich złóż metali. Metale szlachetne są znakomitymi przewodnikami elektrycznymi i będę niezbędne w rozwoju przyszłych baz. Ten projekt przybliża nas do zrozumienia procesów metalogenicznych na czerwonej planecie dzięki połączeniu wielkoskalowych geologicznych danych orbitalnych z wysokiej rozdzielczości danymi mineralogicznymi z meteorytów marsjańskich. Więcej informacji >>

Źródło finansowania: Narodowe Centrum Nauki, grant OPUS nr 2020/37/B/ST10/01420

Migracja metali i procesy złożowe w litosferze oceanicznej o wolnym tempie spreadingu: Ofiolit Śródsudecki

Choć podmorskie złoża metali występują bezpośrednio na dnie oceanu to powstają w wyniku migracji gorących roztworów transportujących metale z płaszcza Ziemi. W trakcie częściowego wytapiania płaszcza metale te przechodzą do magmy, a potem do gorących roztworów hydrotermalnych, które wynoszą je na dno oceanu. Złoża siarczków wydają się osiągać największe rozmiary tam gdzie ich źródło upatrywane jest w skałach magmowych dolnej skorupy i górnego płaszcza. Dlatego duże złoża masywnych siarczków powstają w obrębie oceanu Atlantyckiego i Indyjskiego, które cechują się wolnym rozrastaniem dna, gdzie najczęściej skały plutoniczne odsłaniają się na powierzchni. Odwierty oceaniczne w takich strefach byłyby najlepszym sposobem na zrozumienie związku między złożami metali na dnie oceanu, a ich głównym źródłem w litosferze oceanicznej. Jednak ze względu na wysokie koszty takie odwierty wykonuje się na razie rzadko. Skały litosfery oceanicznej są jednak dostępne również na lądzie w tak zwanych sekwencjach ofiolitowych. Ofiolity powstałe środowisku wolnego tempa rozrastania dna nie były jeszcze badane pod kątem migracji metali. Szczęśliwie jednak taki, dobrze zachowany, ofiolit znajduje się także w Polsce. Jest to Ofiolit Śródsudecki odsłaniający się wokół masywu Ślęży pod Wrocławiem. W projekcie skupimy się na migracji metali między płaszczem, a dnem oceanu i jej znaczeniu w procesach złożowych analizując 235 reprezentatywnych próbek skał z powyższego ofiolitu. Realizacja projektu pozwoli nam wskazać kluczowe procesy dla wzbogacenia skał w minerały rudne i określić ich rolę w kształtowaniu globalnej dystrybucji złóż masywnych siarczków na dnach oceanów. Ma to szczególne znaczenie w kontekście trawjących obecnie polskich ekspedycji badawczych w poszukiwaniu złóż siarczków polimetalicznych na północnym Atlantyku. Więcej informacji >>

Źródło finansowania: Narodowe Centrum Nauki, grant OPUS nr 2021/43/B/ST10/03343

Niebezpieczeństwo z kosmosu: Badanie powstawania bardzo małych i małych kraterów uderzeniowych (30 m - 1.5 km średnicy) na Ziemi i ich wpływu na środowisko

Więcej informacji >>

Źródło finansowania: Narodowe Centrum Nauki, grant SONATA nr 2020/39/D/ST10/02675

Wielkoskalowe poszukiwania złóż miedzi na świecie z wykorzystaniem danych satelitarnych

Celem projektu jest poszukiwanie nowych miejsc do eksploatacji złóż miedzi na Ziemi. Analizy opierają się na zdjęciach satelitarnych Sentinel, Landsat 8 i ASTER wykorzystywanych do wielkoskalowych poszukiwań złóż miedzi w trudno dostępnych miejscach na Ziemi niepokrytych roślinnością. Podczas dwutygodniowego pobytu na terenie kopalni, wykonamy kartowanie geologiczne w celu określenia minerałów złożowych. Obszarem badań jest kopalnia odkrywkowa Sierra Gorda położona na pustyni Atakama w Chile. Sierra Gorda to jeden z najważniejszych obszarów górniczych na świecie i jedna z największych kopalni miedzi. Kopalnia jest flagowym projektem KGHM Polska Miedź S.A. Metodyka obejmuje: 1) przetworzenie zdjęć w oprogramowaniu GIS, 2) operacje na obrazach, w tym: a) tworzenie kombinacji RGB z wybranych kanałów satelitarnych, b) obliczanie współczynników widmowych m.in. ASTER 4/6 w zakresie średniej podczerwieni (SWIR) wykorzystywany jest do poszukiwań obszarów hydrotermalnych, c) wykorzystanie operatorów logicznych, m.in. ASTER: (4 + 6) / 5 do wyznaczenia stref bogatych w ałunit i kaolinit, d) indeksy mineralne. Techniki te podkreślają pożądane cechy geologiczne, takie jak wysokie stężenie minerałów hydrotermalnych związanych z minerałami rudnymi, w tym ałunitem, jarosytem, ​​kizerytem, ​​uwodnioną krzemionką i hematytem.

Źródło finansowania: Narodowe Centrum Nauki, grant MINIATURA nr 2021/05/X/ST9/01314

Możliwość rozwoju w Polsce techniki EBSD (dyfrakcja elektronów wstecznie rozproszonych) do badań ksenolitów skał płaszcza Ziemi na przykładzie perydotytów z Mount Bar (Devès, Masyw Centralny, Francja)

Głównym celem projektu jest rozwinięcie zastosowania techniki EBSD („electron back-scattered diffraction" – dyfrakcja elektronów wstecznie rozproszonych) w Polsce w odniesieniu do badań ksenolitów płaszcza litosferycznego z Mount Bar (pole wulkaniczne Devès, Masyw Centralny, Francja). Technika EBSD umożliwia zbadanie uprzywilejowanych orientacji kryształów (CPO) oraz analizę mikrostruktury minerałów. Włączenie metody EBSD do standardowych technik analitycznych ksenolitów płaszcza pozwoli na ustalenie zależności czasowych i przestrzennych pomiędzy procesami zachodzącymi w płaszczu litosferycznym.

Źródło finansowania: Narodowe Centrum Nauki, grant MINIATURA nr 2021/05/X/ST10/01318

MIRORES (Multiplanetarny spektrometr dalekiej podczerwieni do prospekcji minerałów złożowych)

Celem projektu jest budowa testowej wersji spektrometru dalekiej podczerwieni do wykrywania minerałów złożowych na skalistych ciałach niebieskich. Spektrometr wykorzystuje znakomite cechy widmowe siarczków i tlenków w dalekiej podczerwieni, które na Marsie i Księżycu nie były jeszcze eksplorowane. W pierwszym etapie projektuukład pomiarowy zostanie przetestowany w laboratorium na dwudziestometrowejścieżce optycznej z wykorzystaniem stołu optycznego do tłumienia drgań i komoryklimatycznej do kontrolowania wilgotności, temperatury i ciśnienia. W drugimetapie przeprowadzone zostaną testy ziemskiego prototypu przyrządu przeznaczonegodo zdalnego wykrywania wychodni określonych rud i minerałów (m.in. piryt,pirotyn, chalkopiryt, hematyt i ilmenit). Jego kompaktowa forma (12 cmśrednicy, <2 kg) umożliwia instalację na dronach w celu skanowania gruntu zwysokości 50–200 m. Pierwsze testy odbędą się nadbogatymi w piryt łupkami metamorficznymi z obszaru „kolorowych jeziorek" na terenieRudawskiego Parku Krajobrazowego. W trzecim etapie zostanie rozwiniętamarsjańska wersja przyrządu przygotowywana do wystrzelenia w kosmos w 2028 roku. Będzie ona wyposażona w siedem detektorów i będzie cechowała sięwiększą średnicą (32 cm) oraz większą masą (10 kg) niż prototyp ziemski.

Źródło finansowania: Europejska Agencja Kosmiczna, ESA Space Resources FS, projekt numer ESA AO/1-10824/21/NL/RA

Dyferencjacja siarczków i wbogacenie w metale w dolnej skorupie oceanicznej: odwierty IODP 73B i U1473A, Atlantis Bank, Grzbiet Zachodnioindyjski

Badania prowadzone w celu skorelowania horyzontów bogatych w siarczki i tlenki występujących w dolnej części głębokich otworów 1473A i 735B nawierconych przez International Ocean Discovery Program (IODP) oddalonych od siebie o ok. 2 km. Obecność tak rozległego horyzontu magmowego minerałów rudnych może być źródłem metali dla hydrotermalnych złóż masywnych siarczków na dnach oceanów. Pomoże to wyjaśnić dlaczego złoża o najwyższej zawartości metali występują w tak zwanych Oceanic Core Complex (OCC), gdzie skały dolnej skorupy oceanicznej występują na powierzchni i mogą być skutecznie penetrowane przez wody hydrotermalne.

Źródło finansowania: InterRidge

Płonące hałdy jako "nowoczesne wulkany" i pirometamorfizm w archeologii

Procesy zachodzące na objętych pożarami hałdach odpadów górnictwa węglowego na Górnym i Dolnym Śląsku są badane w ING PAN od 2010 roku. Są to procesy pirometamorficzne, ekshalacyjne i wietrzeniowe. Wspomniane obiekty to, jak pokazują nasze badania, potencjalne modele dla wielu nieraz skrajnie odmiennych naturalnych środowisk i obiektów geologicznych, takich jak wulkanizm i powiązane z nim bazalty oraz fumarole i pola geotermalne, meteoryty i inne ciała pozaziemskie, czy strefy i skały metamorfizmu kontaktowego. Od 2014 roku badania zostały skierowane na geochemię ekshalacji i środowiskowy wpływ hałd. Obecnie prowadzimy badania nad relacjami między hałdami a lokalną biosferą i hydrosferą.

Opracowanie nowych materiałów odniesienia (wzorców) do analiz izotopów boru i siarki w apatycie

Minerały z grupy apatytu mogą zawierać niewielkie lub śladowe ilości siarki i/ lub boru w swojej strukturze, co czyni je użytecznymi nośnikami informacji szczególnie w badaniach materiałów biogenicznych (bioapatytu). Celem projektu jest przygotowanie i dokładne scharakteryzowanie materiałów odniesienia, które są niezbędne do ilościowych analiz izotopów siarki (δ³⁴S_VCDT) i boru (δ¹¹B_SRM951) przy użyciu spektrometrii mas jonów wtórnych (SIMS) oraz spektrometrii mas sprzężonej z plazmą wzbudzaną indukcyjnie (ICP-MS). Opracowanie nowych materiałów wzorcowych przyczyni się do rozszerzenia zastosowań obu technik w badaniach paleośrodowiskowych i (paleo)ekologicznych, a także zwiększy intensywność badań petrogenetycznych opierających się na pomiarach izotopów siarki w apatycie pochodzenia magmowego i hydrotermalnego.

Źródło finansowania: International Association of Geoanalysts, Geoanalytical Research and Networking Grant (2023-2025)

Minerały akcesoryczne, megakryształy i ksenolity z maficznych dajek wielkich prowincji magmowych – ich pochodzenie i procesy transformacji

Maficzne dajki i sille związane z wielkimi prowincjami magmowymi (Large Igneous Province) są doskonałym nośnikiem informacji przy rekonstrukcjach paleogeograficznych wędrówek kontynentów. Ze względu na kompozycję pochodzącej z płaszcza magmy, z której krystalizują, dominującymi fazami akcesorycznymi są apatyt i baddeleyit. Dzięki precyzyjnym metodom datowania U-Pb baddeleyitu możliwe jest zastosowanie metody korelacji obszarów zwanej maficznym kodem kreskowym (mafic barcode), co pozwala na rekonstrukcje położenia paleokontynentów.

Źródło finansowania: Projekt wewnętrzny ING PAN 2022-2023

Petrochronologia i procesy przeobrażeń fosforanów i krzemianów REE w rekonstrukcjach procesów metamorficznych i magmowych

Celem projektu jest szersze poznanie wpływu procesów metasomatycznych prowadzących do przeobrażeń fosforanów i krzemianów będących głównymi nośnikami REE (monacyt, ksenotym, apatyt, cyrkon, allanit), stosowanych w geochronologii U-Pb procesów magmowych i metamorficznych. Jednym z zadań jest petrochronologia i geochemia apatytu i cyrkonu w eklogitach z Norwegii i Szwecji, przy użyciu pomiarów EPMA oraz analiz U-Pb i pomiarów pierwiastków śladowych przy użyciu LA-ICPMS.

Źródło finansowania: Projekt wewnętrzny ING PAN 2021-2023

Rekonstrukcje przebiegu procesów orogenicznych na przykładzie wybranych obiektów

Prowadzimy podstawowe badania naukowe zmierzające do odtworzenia poszczególnych procesów geologicznych, w szególności skał krystalicznych południowo-zachodniej Polski. Niniejszy projekt w 2021 skupia się na wyjaśnieniu przebiegu zjawisk mineralogicznych i tektonicznych uwidaczniających się różnej skali, rejestrowanych zarówno w płaszczu jak i skorupie ziemskiej tego obszaru. W szczególności, projekt ma zadanie uściślić zarówno genezę i ewolucję sudeckich skał ofiolitowych, jak również ma zadanie rozpoznania genezy prawdopodobnej niejednorodności płaszcza Ziemi pod wschodnim krańcem środkowoeuropejskiej prowincji wulkanicznej.

Źródło finansowania: Projekt wewnętrzny 2019-2023

Krystalochemia wtórnych siarczanów ze stref pożarowych - wypracowanie techniki badawczej

Zadanie "SULFIRE", zapoczątkowane w 2022 roku, skupia się na udokładnieniu badań nad procesami ekshalacyjnymi i ich produktami z zapożarowanych hałd górnictwa węglowego w Polsce. Jednym z jego celów jest precyzyjne określenie krystalochemii minerałów ekshalacyjnych, które przeważnie należą do grupy siarczanów. To analitycznie trudny materiał, z racji jego niestabilności. Jednakże w toku badań uzyskano dane dla szeregu godowikowit-sabieit-steklit-yavapait ze skorupy siarczanowej z Czerwionki - [(NH₄)_0.94K_0.04Ca_0.01Mg_0.01]_Σ1.00(Al_0.90Fe_0.09Ti_0.01)_Σ1.00[(SO₄)_1.99(SeO₃)_0.01]_Σ1.00·2.14H₂O (n=24) - jak również szeregu millosevichyt-mikasait z podobnej struktury w Radlinie - (Al_1.73Fe_0.19Ca_0.07K_0.02Na_0.01Mg_0.01Ti_0.01)_Σ2.04[(SO₄)_2.97

(PO₄)_0.01(SeO₃)_0.01]_Σ2.99·10.95H₂O (n=16). Bardzo istotnym jest odkrycie na tej samej hałdzie kilku nowych faz mineralnych, z których dalszym badaniom, mającym na celu zatwierdzenie nowego gatunku, jest seleniano-siarczan miedzi o możliwym składzie (Cu_3.85Fe_0.15)_Σ3.00O_1.33(SeO₃)_0.96(SO₄)_1.93, zakładając jego podobieństwo do współwystępującego, rzadkiego minerału dolerofanitu, (Cu_1.96Fe_0.03)_Σ1.99O_1.03(SO₄)_0.98, który odznacza się stabilizacją jonami żelaza. Fazom tym towarzyszą niskożelazowe tenoryt i chalkantyt. Dalsze plany obejmują podobne badania fazy o składzie jodobizmutanu amonu, a także jodko-siarczek miedzi.

Źródło finansowania: Projekt wewnętrzny ING PAN 2022-2023

Próba określenia wieku względnego zębów kopalnych metodą fluorową

Głównym składnikiem zębów i kości jest hydroksylapatyt Ca₁₀(PO₄,CO₃)₆(OH,CO₃)₂, którego skład chemiczny i izotopowy jest istotnym wskaźnikiem w badaniach paleośrodowiskowych. Struktura apatytu umożliwia liczne podstawienia izomorficzne, a jego skład może ulec zmianie po zdeponowaniu w osadzie. Jednym z procesów przemian bioapatytu są podstawienia F^– w pozycji (OH)^–, którego ilościowe oznaczenia były w przeszłości wykorzystywane do oznaczania wieku kości kopalnych. Jednak z uwagi na skomplikowaną krystalochemię apatytu i złożone procesy podepozycyjne zidentyfikowano szereg problemów w interpretacji wyników nie tylko przy porównaniu próbek z różnych lokalizacji, ale również w obrębie jednego stanowiska. Wraz z rozwojem metod badawczych stosowanych w rekonstrukcji paleośrodowisk spektroskopia w podczerwieni (FTIR) i mikroskop ramanowski zyskały na znaczeniu jako narzędzia do oceny stopnia zmian diagenetycznych skamieniałości (np. poprzez wyznaczenie stopnia krystaliczności CI i stosunku C/P). W ramach zadania planowane jest przetestowanie obu metod do określenia wieku zębów kopalnych na podstawie zawartości F w strukturze.

Źródło finansowania: Projekt wewnętrzny ING PAN 2022-2023