Barberton Greenstone Belt

Research

Barberton Greenstone Belt
Image: Christoph Heubeck
Our research areas

Active research projects

BASE
Bromacker
TRACES

The TRA­CES pro­ject deals with in­ter­di­sci­pli­na­ry in­ves­ti­ga­ti­ons of the com­bi­ned ef­fects of cli­ma­te chan­ge and an­thro­po­ge­nic im­pacts on aqua­tic and terrestri­al eco­sys­tems in eas­tern South Af­ri­ca over the last 250 ye­ars. For this pur­po­se, exis­ting data sets are com­ple­ted by and com­pa­red with a wide range of new in­for­ma­ti­on, which will be gai­ned from  ma­ri­ne and ter­restri­al se­di­ment ar­chi­ves.

Paleoarchean surface environments, Moodies Group, South Africa.

Moodies-group rocks include the oldest well-preserved terrestrial (i.e., deposited on land) rocks; older sedimentary rocks are all marine. These rocks can therefore answer a variety of questions: What was the surface insolation ? What was the atmospheric temperature ? How intense was the weathering ? Was the sun ever visible ? How high were the tides, and how close was the moon ? Was there already life on the land ?

HyINTEGER

HyINTEGER is an acronym and stands for:

Investigations into the integrity of wells and engineering materials under highly corrosive conditions in geological hydrogen underground reservoirs. 

The collaborative research project, approved for three years, is funded by the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (grant number: 03ET6073)

Investigations on the integrity of wells and technical materials under highly corrosive conditions in geological hydrogen underground reservoirs.

BMWi Project; (Grant no. 03 ET 6073).

Finished research projects

CLEAR

"Holozäne Klimaereignisse in Nordarabien - Umweltveränderungen und menschliche Reaktionen" (DFG FR1489/5) (gemeinsam mit M. Engel und B. Plessen)"

2015 - 2018

Deformation and tectonics of the Moodies Group, Barberton Greenstone Belt, South Africa

The role of Partial Convective Overturn in the Barberton Greenstone Belt: Linking deep crustal-mantle and surface processes through integrated sedimentary and structural analysis of the syntectonic Moodies Group

DFG grant to Christoph Heubeck (2017–2019)

Characterizing BIF´s of the Moodies Group

Uncovering the tracks of Banded Iron Formation generation through an investigation of the 3.2 Ga old Moodies Group, Barberton Greenstone Belt, South Africa

DFG grant to Inga Köhler (2016-2018)

Mikrofossilen als Anzeiger für aquatische Ökosystem-Entwicklung und Monsundynamik
RAIN
Paleoarchean microbial ecosystems

The world's oldest mappable ecosystem: Moodies Group (3.2 Ga), Barberton Greenstone Belt, South Africa


DFG grant to Christoph Heubeck (2014-2016)

Facies analysis of Paleoarchean foreland sediments

Facies analysis of the Mapepe Foreland Basin, Barberton Greenstone Belt, by well-to-well correlation


DFG grant to Christoph Heubeck (2014-2016)

H2STORE

Untersuchung der geohydraulischen, mineralogischen, geochemischen und biogenen Wechselwirkungen bei der Untertage Speicherung von Wasserstoff in konvertierten Gaslagerstätten (H2STORE).

BMBF-Projekt (Fördernummer: 03 SF 0434)

Känozoische Sedimente des tadschikischen Beckens: Sedimentologie, Herkunft und tektonisches Signal des Pamirs

(DFG-Projekt, PAK 443: Tien Shan - Pamir Geodynamic Program (TIPAGE))
Partner: Friedrich-Schiller-Universität Jena (Prof. Dr. Reinhard Gaupp, Dr. Thomas Voigt, Dipl. Geol. Martin Klocke)
Technische Universität Bergakademie Freiberg
GeoForschungsZentrum Potsdam

Microfacial, palaeontological and geochemical investigations on the genesis of the homo erectus site of Bilzingsleben

The genesis of the Homo erectus excavation site of Bilzingsleben will be studied using methods of microfacial analysis, micropalaeontological investigations on Ostracoda and other microfossils as well as geochemical analysis of ostracod valves and sedimentological paraeters. A focus is set on reconstructing the ecosystem, the sedimentation regime and the genesis of the archaeological horizon. Also, the general palaeoenvironmental conditions during the time of the Homo erectus in Bilzingsleben will be reconstructed

Thüringer Landesgraduiertenstipendium

05/2008-04/2010

Thomas Daniel, Peter Frenzel, Reinhard Gaupp

Timing of long term carbonate mobilisation in a limestone aquifer

The project is part of the International Max Planck Research School for Global Biogeochemical Cycles (IMPRS-gBGC) in cooperation with the Friedrich Schiller University Jena (Graduate Academy).

The Thuringian Syncline in the central part of Germany exposes deposits of the German Triassic Muschelkalk sequence consisting of limestone and dolostone beds. Partial dissolution, oxidation and iron redistribution is obvious in limestones along the slopes of the Saale valley (e.g., quarry Bad Kösen). These features are most prominent close to a Mid Quaternary valley floor (Elster terrace), decrease down-section following fractures, and reach a minimum close to the present groundwater table in a topographic level close to the present valley floor. This example of carbonate weathering transformation includes microbial influence on reprecipitation and intermediate storage of carbonate lining fault planes. Furthermore, this location has the important advantage that the timing of the 100 m depression of the ground water table, spread over >700 Ka, has a good age control due to both topographic dating of terrace formation and optically stimulated luminescence dating (OSL dating) of former river sediments that cover these terraces. The purpose of this case study is to define and quantify the important processes of carbonate weathering on a geological time scale and to assess the rates of material transfer involving CO2 over time.

PhD student: Jens Kirstein

Tight Gas - "Paläo-Öl- und Gasfelder im Rotliegenden des Norddeutschen Beckens: Wirkung der KW-Migration auf die Speicherqualitäts-Entwicklung"

DGMK-Projekt 593-8

Paleo Oil- and Gasfields in the Rotliegend of the North German Basin: Effects upon Hydrocarbon Reservoir Quality (Paläo-Öl- und Gasfelder im Rotliegenden des Norddeutschen Beckens: Wirkung der KW-Migration auf die Speicherqualitäts-Entwicklung

Kurzfassung

Es wurde eine umfassende Studie mit dem Ziel durchgeführt, die Vorhersagegenauigkeit von 3D Seismik, geologischen Daten und Modellen zur Bestimmung von Reservoirqualitäten zu verbessern. Seismische Fazies-Klassen, die aus Neural Network Untersuchungen abgeleitet wurden, korrelieren mit den Reservoir-Charakteristika und können für Explorationszwecke genutzt werden. Deformationszonen belegen das Ausmaß von extensionellen Bruchsystemen, die, abhängig von der diagenetischen Fazies, positive oder negative Einflüsse auf die Reservoir-Charakteristika haben können.Basierend auf Bohrungsdaten, Modellierungen und seismischen Auswertungen wurde das konzeptionelle Diagenese-Modell bestätigt und in wesentlichen Teilen verifiziert. Über Petroleum System Modellierungen konnten Zeitmarken für verschiedene relevante Prozesse hinzugefügt und deren Einfluß auf die KW-Migration bestimmt werden.Die Bedeutung von Prä-Öl KW-Migration und der räumlichen Entfernung zum Karbon Muttergestein auf die Rotliegend Reservoir-Charakteristika muß hervorgehoben werden.

Geologische und mineralogische Untersuchungen von Rotliegend-Gaslagerstätten in den Niederlanden und ihre Eignung für CO2-Sequestrierung und EGR

Projekt finanziert durch SHELL-NAM (Assen, Niederlande)
S. Waldmann, R. Gaupp, D. Beyer (Diplomarbeit) in Kooperation mit E. Spangenberg und S. Raab (GFZ, Potsdam) und A. Busch (SHELL, Rijswijk); 02/2009-02/2011

Untersuchungen zur Faziescharakterisierung und der Bedeutung der Mineral-Poren-Grenzfläche bei Fluid-Gesteinsreaktionen in den Rotliegend-Sandsteinen des Altensalzwedel Block, Altmark, Sachsen-Anhalt

BMBF-Projekt (03G0704G), Teil des BMBF-Verbundvorhabens "CO2 Largescale EGR in the Altmark Natural-gas field - CLEAN" im Rahmen des Sonderprogrammes "GeotechnologienExternal link"
D. Pudlo, B. Kohlhepp, R. Gaupp; 09/2008-06/2011

Buntsandstein-Öl im Oberrheingraben

Projekt in Zusammenarbeit mit Gaz de France (Lingen)
R. Gaupp, A. Krallmann (GdF, Lingen); 2008-2009
Diplomarbeiten:
S. Klapperer: Zur Fazies des Buntsandsteins im Odenwald und nördlichen Oberrheingraben
M. Meisel: Petrographie, Fazies und Diagenese des Buntsandsteinreservoirs am Oberrhein

Initierung des Magmatismus der jurassischen Ferrar-Gruppe in Nord-Viktorialand, Antarktis: Stratigraphie, Zusammensetzung und Ablagerungsraum vulkanoklastischer und epiklastischer sedimente der Beacon Supergruppe

DFG-Projekt Ga 457/11, 13 (Teilprojekt) im Rahmen des SPP 1158 "Antarctic research with comparative investigations in the Arctic region"
R. Schöner, M. Elsner, R. Gaupp, in Kooperation mit L. Viereck-Götte, J. Schneider (Freiberg), B. Bomfleur (Münster), H. Kerp (Münster); 09/2005-06/2009

Evolution of a thick-skinned thrust system and associated basins, Northern Tien Shan, Kazakhstan

The Tien Shan mountains of Central Asia are a distal part of the Earth´s most active continental collision zone. They are an ideal site to study long-lived, yet rapidly evolving and presently seismogenic fault networks on various time scales. Strong seismicity, high topography and fast motions derived from satellite geodesy demonstrate that intraplate orogeny in the Tien Shan is fully active. Exposed faults and geomorphic indicators reveal active thrusting, folding and strike-slip motion. The earlier uplift history is documented by the infill of Cenozoic syntectonic basins, both within the Tien Shan and in the large Ili Basin north of it. The Ili basin exhibits steep-sided, fault-controlled depressions atypical of flexural foreland basins. Its southern margin is presently being segmented and exhumed by the active thrust front, whereas its distal parts preserve a long record of the Tien Shan´s uplift. We will integrate structural geology, morphotectonics and basin analysis with remote sensing and GIS, to derive for a selected transect a quantitative reconstruction of fault system propagation as recorded by deformation, uplift and basin evolution. The timing will be constrained from apatite fission track, (U-Th)/He, luminescence and cosmogenic surface dating. Existing biostratigraphic data are included. Estimated rates of denudation, uplift and deformation will be combined with 3D structural modelling to derive a time-space model of fault system evolution.

Jonas Kley and Thomas Voigt

DFG Project

Research area Aktau
Research area Aktau
Image: Thomas Voigt
Erdölgeologischer Atlas des Südlichen Permbeckens

Multinationale Projektgruppe (11 E&P-Unternehmen, 6 nationale Geologische Dienste, 25 Universitäten und/oder Forschungszentren, 6 weitere Behörden und 3 Consulting-Unternehmen)
R. Gaupp (Teilprojekt); 2005-2009

Störungsbezogene CO2-Fluidmigration und deren Einfluss auf die Nebengesteins-Alteration und die Integrität von CO2-Speichergesteinen

Buntsandstein der Hessischen Senke als ein natürliches Analog
für industrielle CO2 Sequestrierung (COMICOR)

BMBF-Projekt (03G0695) im Rahmen des Sonderprogramms "Geotechnologien"
J. Köster, U. Hilse, J. Wendler, D. Pudlo, R. Gaupp, J. Kley, in Kooperation mit G. Nover, N. Zisser, J. v. d. Gönna (Univ. Bonn); 05/2008-04/2011

Langzeiteinfluss von CO2 auf die Stabilität mineralischer Komponenten in porösen Reservoirsandsteinen

Analogstudie in natürlichen CO2-Speichergesteinen aus Mitteleuropa DFG-Projekt AD 315/1 D. Pudlo, R. Gaupp, D. Adelmann; 10/2005-06/2009

Wechselwirkungen von Erdölkomponenten und Hämatit-Kornüberzügen und ihr Einfluss auf Diagenese und Porenstruktur klastischer Speichergesteine

DFG-Projekt GA 457/10 im Rahmen des SPP 1135 "Dynamics of Sedimentary Systems under varying Stress Conditions by example of the Central European Basin-System"
A. Meier, R. Gaupp; 01/2006-12/2008

Veränderung von Schwarzpelit-Oberflächen und -Porengrößen durch mikrobiologische Aktivitäten

Promotionsprojekt des Graduiertenkollegs "Alteration and element mobility at the microbe-mineral interface"
D. Siegel, E. Kothe, R. Gaupp; 05/2006-04/2009

Geologische und mineralogische Untersuchungen zur mikrobiell beeinflussten Bildung oolithischer Eisenerze, El Bahariya Depression, Western Desert, Ägypten

Promotionsprojekt mit Unterstützung eines DAAD-Stipendiums und des Graduiertenkollegs "Alteration and element mobility at the microbe-mineral interface"
W. Salama, R. Gaupp, M. El-Aref (Kairo); 10/2007-09/2009

Beiträge zur Umweltforschung mittels radiometrisch-geochemischer Methoden

Projekt der Sächsischen Akademie der Wissenschaften, Leipzig
R. Gaupp (Projektleiter), U. Koch (Bad Brambach), J. Heinicke (Freiberg); 1991-2010

Petrographie und Porensystem von Sandsteinen der Stuttgart-Formation (Schilfsandstein, Keuper) aus der CO2-Testspeicher-Bohrung bei Ketzin (Brandenburg)

n Kooperation mit dem CO2-SINK-Konsortium
A.-W. Blaschke (Diplomarbeit), R. Schöner, R. Gaupp, A. Förster (GFZ Potsdam); 2007-2008

Beziehungen zwischen seismischen Signalen und Speichereigenschaften in Tight-Gas-Reservoirgesteinen Nordwest-Deutschlands (Rotliegend Sandsteine, Perm) mit Unterstützung der DGMK

P. Abram, R. Gaupp; 2003-2006

Diagenese klastischer Rotsedimente in Mitteleuropa: Wie bedeutend ist organische Reifung und Migration?

DFG-Projekt Ga 457/8 im Rahmen des SPP 1135 "Dynamics of Sedimentary Systems under varying Stress Conditions by example of the Central European Basin-System".
R. Schöner, R. Gaupp; 2002-2005

Organische und anorganische Prozesse und Wechselwirkungen in tiefen Überdrucklagerstätten des Zentralgraben, Nordsee

DFG-Projekt GA 457/9 im Rahmen des SPP 1135 "Dynamics of Sedimentary Systems under varying Stress Conditions by example of the Central European Basin-System".
R. Lippmann, R. Gaupp, in Kooperation mit GFZ Potsdam: V. Neumann, R. Ondrak, R. di Primio, B. Horsfield, 2002-2005

Tight-Gas Reservoirs - Erdgas für die Zukunft

DGMK-Forschungsprojekt 593-8, in Kooperation mit GFZ Potsdam, RWTH Aachen, TEEC Isernhagen
R. Gaupp et al.; 2001-2003

Oberflächenquantifizierung an Schwarzpeliten unterschiedlicher Verwitterungsgrade

Doktorarbeit
C. Fischer, R. Gaupp

Die thüringischen Süßwasserkalke, Genese und Verbreitung

mit Unterstützung des Landes Thüringen (Landesgraduiertenstipendium)
I. Kamradt, R. Gaupp, G. Büchel (Angewandte Geologie); seit 2003

Die sedimentäre und tektonische Geschichte des Subhherzynen Beckens in Bezug zur Hebungsgeschichte des Harzes

DFG-Projekt GA 457/6
T. Voigt, H. v. Eynatten, J. Franzke, R. Gaupp; 2000-2003

Sedimentgenese und Paläogeographie des höheren Zechstein bis zur Basis des Buntsandstein in der Hessischen Senke

Dissertation
N. Hug, R. Gaupp; 1999-2004

Die kalkalpinen Tratenbach-Schichten (Oberkreide-Paläogen, Oberbayern) - Gesamtgesteinsanalysen und petrographische Untersuchungen zur stratigraphischen Stellung und geodynamischen Bedeutung

Dissertation
B. Willscher, R. Gaupp; 1998-2004

Vergleichende sedimentologische und paläolimnologische Untersuchungen an oligozänen Seeablagerungen im Rheinischen Schiefergebirge

DFG-Projekt GA 457/4
M. Felder, R. Gaupp

Investigation of the microbial impact on rock material alteration

Microbial impact on weathering, reactive transport and remineralization is investigated by the Research Training Group "Alteration and element mobility at the microbe-mineral interface". Their research subject is interdisciplinary and includes geological, mineralogical, soil science, chemical and microbiological expert groups. Our main objective is to study the alterations of minerals in direct contact with microorganisms.

Microbial metabolits are responsible for active alteration of minerals. Therefore, it is crucial to investigate the role of microbes on minerals which will help to identify specific microbially controlled processes and to determine the kinetics of such reactions.

The multi-component system black shales (clay minerals, organic matter, opaline, pyrite) could be shown to be altered directly by growing fungal inoculum. Schizophyllum commune, a white-rot fungus, releases enzymes capable to oxidize organic compounds. Microbial influence on clay minerals (clinochlore, nontronite and ripidolite) and organic matter as main components of black shales are now investigated separately. The projects are focused on experimental studies like microbial inoculation of minerals. We are investigating the texture and structure of minerals using curie point pyrolysis, fourier transform infrared spectroscopy and mass spectroscopy following sequential extraction, reflected-light microscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, atomic force microscopy, vertical scanning white light interferometry, raman spectroscopy and scanning transmission X-ray microscopy. Microscopy techniques including scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and scanning transmission X-ray microscopy were combined with spectral analysis like energy dispersive X-ray and near edge X-ray absorption fine structure spectroscopy to identify microbial alteration on minerals. The dissolution will be monitored by inductively coupled plasma mass sepctroscopy and optical emission spectroscopy for relevant elements.

Since, the aqueous phase is the link between microbes and minerals, another focus lies on dissolved organic matter (DOM) in aqueous systems to learn more about degradation processes in biogeochemical cycles. Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR-MS) is applied to reveal the elemental composition of DOM in complex systems on a molecular basis. Together with statistical approaches, this powerful tool enables to traces changes in the molecular composition during transformation.

This study aims to quantify microbially mediated dissolution rates of clay minerals and organic matter as main components of black shales. Black shales occur at the former Ronneburg Uranium mining area where their biodissolution has an effect on biogeochemical cycles and heavy metal release.

Sedimentationsereignisse im Unteren Muschelkalk

DFG-Projekt Lu 544/8
K. Föhlisch, T. Voigt, R. Gaupp, H. Lützner