Atemberaubende 3D-Felsbilder im neuen Labor enth√ľllt

PRINCETON, N.J. - Ein Geologe und ein Architekt, die in einem Labor stehen, mögen wie der Anfang eines sehr nerzhaften Witzes klingen, aber ein Paar dieser Fachleute hat sich zusammengeschlossen, um die Art und Weise zu verändern, wie Wissenschaftler Strukturen wie Fossilien in Gesteinen untersuchen.

Geologen verwenden eine Vielzahl von Techniken, um Fossilien und andere Merkmale zu analysieren, die in den Gesteinsschichten der Erde eingeschlossen sind. Die grundlegendste Technik, die bis ins 19. Jahrhundert zurückreicht, beinhaltet das Abtragen von Gesteinsschichten, das Aufnehmen von Bildern jeder Schicht und das anschließende Erstellen der vollständigen 3D-Formen durch Verbinden der Punkte zwischen den Bildern. Aber diese Methode ist mühsam und anfällig für menschliche Fehler.

"Die Menschen haben das seit Darwin getan", sagte Adam Maloof, ein Geowissenschaftler an der Princeton University, der vor kurzem ein Rock-Imaging-Labor eröffnet hat, das diese Technik in das 21. Jahrhundert bringt. "Sie können sehr alte Artikel aus den 1870er Jahren finden, wo Leute fünfmal etwas in Scheiben geschnitten und dann gezeichnet und ein Modell daraus gemacht haben."

Forscher haben seitdem genauere Methoden entwickelt, die elektronische Felsschleifer und Digitalkameras verwenden, aber bis jetzt wurde die Technik nicht automatisiert.

Revolutionäre Neugestaltung

Maloof hat sich mit den Architekten des Situ Studio in Brooklyn zusammengetan, um eine Maschine zu entwickeln, die automatisch Schichten mit einer Dicke von 0,00025 Zentimetern schleift - dünner als ein menschliches Haar - und automatisch Bilder mit hoher Auflösung aufzeichnet.

Der Schleifaufbau sieht ein bisschen wie eine Mini-Autowaschanlage aus. Bei einem automatisierten Stahlschiffchen bewegt sich das Gestein zunächst unter Beschlagen von Knoten, die den Schmutz entfernen. Als nächstes passiert das Gestein unter einer 1 Zoll dicken (2,5 cm) diamantbesetzten Schleifscheibe hin und her, wobei ein Wasserstrom fließt, um den Staub zu reduzieren. Die Probe verlässt dann das Mahlwerk unter einer Reihe von Wischerblättern und tritt in das Rampenlicht einer automatisierten Kamera ein, die eine Aufnahme von oben macht. Das Shuttle gibt dann den Stein in die Startposition zurück, wo der Vorgang wiederholt wird.

Maloof trägt eine beschlagene Schutzbrille, die die Besonderheiten des Raumes beschreibt: Doppelt breite Schlackensteine ‚Äč‚Äčin den Wänden reduzieren die Lärmbelästigung draußen, und eine Klimaanlage sorgt für eine konstante Raumtemperatur.

"Die Hauptfehlerquelle bei einem solchen Grinder ist das Ausdehnen und Zusammenziehen des Stahls", sagte Maloof, wobei die Maschine laut hinter ihm summte und alle Lichter außer einem Strahl, der aus dem Kamerabereich strahlte, abgeschaltet wurden. "Wenn Sie zum Beispiel nachts Temperaturschwankungen haben, wird der Stahl seine Größe ändern und es wird einen Fehler geben."

Bereits die geringste Verschiebung kann dazu führen, dass Bilder falsch ausgerichtet werden und die Präzision des digitalen Modells gefährden.

Die Maschine summt Tag und Nacht und kann innerhalb von 24 Stunden mehrere Zentimeter Gestein durchmahlen. Eine moderne manuelle Einrichtung würde bis zu zwei Wochen dauern, um denselben Bereich abzudecken, und wäre nicht so genau.

Altes Leben

Maloofs Interesse an hochpräzisem Schleifen wurde 2009 geweckt, als er und seine Doktoranden entdeckten, was sie als den frühesten Beweis für versteinerte Tierwelt ansahen. In einer 640 Millionen Jahre alten Felsformation in Südaustralien fand das Team große Flecken kleiner roter Flocken, die in Größe und Form variierten und nichts von dem umgebenden Gestein sahen. Die Gruppe brachte Proben nach Princeton zurück, wo sie zwei Wochen lang manuell etwa 1,5 cm Probe mahlten und abbildeten.

Mit Hilfe von Situ Studio erstellte die Gruppe ein 3D-Modell ihrer manuellen Bilder und fand scheinbar Reste von alten Meeresschwämmen. Das Team hofft, dieses Ergebnis mit seinem verbesserten System zu bestätigen.

"Es weist definitiv auf die Möglichkeiten interdisziplinärer Arbeit hin", sagte Brad Samuels von Situ Studio, der Maloof bei der Auswahl der geeigneten Bild- und Codierungssoftware half, ähnlich wie Architekten Gebäude planen. "Die Dinge, die sie in Bezug auf Werkzeuge und Arbeitsabläufe brauchten, sind Dinge, die wir als Studio für die Gestaltung von Räumen einsetzen."

Ölbohr- und Meteoritendissektion

Eine Reihe von Kollaborateuren hat Malooof bereits kontaktiert, um das Labor zu nutzen, darunter Geologen in der Ölindustrie, die potentielles Bohrgestein analysieren wollen, und Geophysiker, die sich für das Sezieren von Meteoriten interessieren.

"Dies ist ein sehr spannendes Instrument", sagte Roger Fu, ein Student der Geophysik am MIT, der später in diesem Sommer in das Labor reisen wird, um Strukturen in Meteoriten zu untersuchen, die Informationen über die Entstehung des Sonnensystems liefern könnten. "Mit dem Schleifer sollten wir bessere 3D-Karten von Meteoriten als je zuvor bekommen können."

Ein Nachteil der Mühle ist, dass sie letztendlich die Probe zerstört, sagte Fu. Einige Forscher vermeiden dies, indem sie Röntgenstrahlen-Scanning-Technologie verwenden, um in Gestein hineinzuspähen, aber Röntgenstrahlen verschwimmen mit der Tiefe und unterscheiden nicht zwischen verschiedenen Materialien derselben Dichte.

Die Schönheit der Felsen

Momentan arbeitet Maloof an den letzten Knicken des Systems mit weniger wertvollen Proben. Die Ergebnisse haben bisher erstaunlich schöne Bilder von Strukturen in Gesteinen hervorgebracht.

"Wenn man diese mit einer Röntgenaufnahme betrachtet, würde man absolut nichts sehen", sagte Maloof und zeigte auf ein Bild von Sandkörnern, die in konzentrischen Schichten aus Kalziumkarbonat lagen.

Die zusammengetragenen Bilder dieses Gesteins zeigen zum ersten Mal, seit sie vor hunderten von Millionen Jahren miteinander verschmelzen, die volle Kugelform jedes Sandkorns.

Anmerkung der Redaktion: Der Autor arbeitete in den Jahren 2010 und 2011 mit Maloofs Forschungsgruppe als Labortechniker zusammen und half, einige der fossilen Gesteine ‚Äč‚Äčaus Südaustralien zu sammeln. Sie war jedoch nicht an der Analyse des Gesteins beteiligt.

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