Computer-Tomographie-Labor

Mikro-Computer-Tomograph im Labor der Paläontologie
Mikro-Computer-Tomograph im Labor der Paläontologie

Das Mikro-Computer-Tomographie-Labor am Lehrstuhl für Paläoumwelt

Für geowissenschaftliche Fragestellungen ist oft ein Blick sowohl ins Innere von Gesteinen, als auch in die enthaltenen Fossilien notwendig. Mit den klassischen Präparationsmethoden war bisher überwiegend die Zerstörung (An-, Dünn- und Serienschliffe) des Probenmaterials verbunden.

Die in den Siebzigerjahren aufkommende Technik der Computer-Tomographie hat in der Medizin eine Revolution ausgelöst. Durch die intensive Forschung in diesem Bereich entwickelte sich seit den Achtzigerjahren auch die industrielle Computer-Tomographie. Seit den ersten Jahren des neuen Jahrtausends ist diese Technik, sowohl hinsichtlich ihrer Finanzierbarkeit, als auch der Leistungsfähigkeit für die sedimentologische und paläontologische/biologische Forschung besonders interessant geworden. Nun ist es möglich, Gesteine zerstörungsfrei mit ihren inneren Strukturen zu analysieren und zu dokumentieren.

Innenraum des Computer-Tomographen
Innenraum des Computer-Tomographen mit den beiden Röntgenröhren (rechts), dem Probenmanipulator in der Mitte und dem Detektor (links)

Sie benötigen für Ihre Untersuchungen Scans Ihrer Proben? Kontaktieren Sie uns per Email: christian.schulbert@ fau.de oder telefonisch +49 9131 8524851.

 

Hier einige Beispiele aus unserem Labor, welche Möglichkeiten die Technik der zerstörungsfreien Materialprüfung bietet:

Morphologische Analysen an den Gehäusen von marinen Einzellern im submillimeter Bereich. Die rohen 3D-Volumen werden prinzipbedingt in Graustufen je nach Materialdichte dargestellt. Per Software können diese Graustufendaten farbig segmentiert werden, womit z. B. Strukturen von Oberflächen besser dargestellt werden können. Im Falle der rezenten Foraminifere Calcarina wurde hier das kalkige Gehäuse, sowie der vom Gehäuse (gelb) eingeschlossene Hohlraum (blau) dargestellt.
Segmentierte Volumen können darüber hinaus ein- und ausgeblendet, sowie virtuell geschnitten werden, um Einblicke in die inneren Strukturen zu liefern.

Rendering des Gehäusehohlraums der Foraminifere Calcarina
Rendering des Gehäusehohlraums der Foraminifere Calcarina
Schnitt durch das Gehäuse der Foraminifere Calcarina
Schnitt durch das Gehäuse der Foraminifere Calcarina
Rezente Foraminifere Calcarina
Rezente Foraminifere der Gattung Calcarina

 

Schnitt durch einen bioerodierten Kalkstein
Schnitt durch einen bioerodierten Kalkstein

Bioerosion von Organismen an anderen Organismen oder an unbelebten Substraten ist im Rezenten, wie im Fossilen, weit verbreitet. Mithilfe von 3D-Volumendaten aus dem CT können Bioerosionsspuren zerstörungsfrei dargestellt und analysiert werden. An einem Kalkstein aus dem Mittelmeer konnten auf diese Weise die verschiedenen Gruppen nachgewiesen werden, die den Stein ausgehöhlt hatten. Im 2D Schnitt erkennt man z. B. in einigen Hohlräumen noch die Schalen einer Bohrmuschel, die neben vielen Exemplaren eines Bohrschwamms, für die zerlöcherte Struktur des einst kompakten Kalksteins gesorgt haben.

Darstellung des durch Bioerosion enstandenen Hohlraums in einem Kalkstein-Handstück
Darstellung des durch Bioerosion enstandenen Hohlraums in einem Kalkstein-Handstück

Liefert ein zweidimensionaler Schnitt durch ein Objekt schon viele Informationen, kann dies durch die 3D-Darstellung von Strukturen noch stark erweitert werden. Hier wurden die Hohlräume im Kalkstein plastisch dargestellt und der Kalkstein selbst wurde entfernt bzw. ausgeblendet. Diese Struktur entstand durch das Werk des marinen Bohrschwamms Cliona, welcher seine vielen Kammern durch feine Kanäle miteinander verbindet.

Backenzahn "Weisheitszahn" eines Menschen aus Hunas
Backenzahn „Weisheitszahn“ eines Menschen aus der Höhlenruine bei Hunas. Mit einem Alter von mehr als 250.000 Jahren ist dieser Zahn der älteste Nachweis des Menschen in Bayern

In unserer Sammlung befindet sich der Weisheitszahn des ältesten menschlichen Fossils, welches in Bayern gefunden wurde. Untersuchungen an umliegenden Tropfsteinen ergaben ein Alter von mehr als 250.000 Jahren. Zu dieser Zeit lebten wohl schon Vertreter unserer Art in der Region, aber der Neanderthaler war ebenfalls weit verbreitet. Um festzustellen, welche Menschenart sich hinter diesem Zahn verbirgt, sind mophologische Vermessungen notwendig (die Untersuchungen laufen noch).

Schnitt durch die pleistozäne Koralle Porites mit deutlichen Wachstumslinien
Schnitt durch die pleistozäne Koralle Porites mit deutlichen Wachstumslinien

Korallenskelette stellen für die Klimaforschung ein hervorragendes Archiv für die Temperaturentwicklung im Pleistozän dar. Anhand von Wachtumslinien am Korallenskelett lassen sich z. B. Wachstumsgeschwindigkeiten berechnen. Im jahreszeitlichen Rhythmus bauen Korallen abwechselnd dichte und weniger dichte Streifen in ihr Skelett ein. Diese Dichteunterschiede lassen sich mit computertomographischen Methoden sehr leicht detektieren und vermessen.

Oberkiefer-Gebiss des jurassischen Raubfisches Piranhamesodon
Oberkiefer-Gebiss des jurassischen Raubfisches Piranhamesodon

Für Vertebratenpaläontologen sind die inneren Strukturen ihrer Untersuchungsobjekte oftmals nicht zugänglich. Die Anfertigung von Schliffen und Schnitten durch Vertebratenfossilien verbietet sich aber in den meisten Fällen. Im Falle des Fischfossils Piranhamesodon aus den Plattenkalken von Ettling im Altmühltal konnte nur mit computertomographischen Methoden festgestellt werden, dass in seinem Maul am Gaumen weitere Zahnreihen existierten. https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.09.013

Darstellung des Porenraums in einem Sandstein
Darstellung des Porenraums in einem Sandstein

Sedimentologen können mit CT-Daten den Porenraum von Gesteinen sichtbar machen und vermessen. Über Poren und Porenverbindungen lassen sich Erkenntnisse zum Transport von Flüssigkeiten (oder Gasen), wie Grundwasser oder Erdöl gewinnen.

 

 

Computer-Tomograph

Gerät zur zerstörungsfreien Untersuchung von Proben aus unterschiedlichsten Disziplinen:
  • Paläontologie
  • Geologie
  • Biologie
  • Archäologie
  • Medizin
  • Mineralogie
  • Materialwissenschaften
  • Metallurgie
  • Ingenieurswissenschaften

Probengröße bis maximal 25 x 35 cm bei bis zu 10 kg Masse. Die erreichbare Auflösung hängt u.a. von der Probengröße ab und geht bis etwa 0,8 µm.
Hersteller: General Electric
Modell: Phoenix v|tome|x s 240
Baujahr: 2016
Standort: Erlangen
URL: https://www.gzn.nat.fau.de/palaeontologie/ausstattung/computer-tomographie-labor/
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Einsatz in Forschungsprojekten:

Zugehörige Publikationen: