{"id":45721,"date":"2020-08-10T13:49:04","date_gmt":"2020-08-10T11:49:04","guid":{"rendered":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=45721"},"modified":"2023-02-22T16:04:27","modified_gmt":"2023-02-22T15:04:27","slug":"geowissenschaften-exakte-klimadaten-aus-der-vergangenheit","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/forschung\/geowissenschaften-exakte-klimadaten-aus-der-vergangenheit\/","title":{"rendered":"Geowissenschaften: Exakte Klimadaten aus der Vergangenheit"},"content":{"rendered":"<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-full\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" width=\"650\" height=\"450\" src=\"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2020\/08\/beitragsbild_geowissenschaften_klimadaten.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-45722\" srcset=\"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2020\/08\/beitragsbild_geowissenschaften_klimadaten.jpg 650w, https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2020\/08\/beitragsbild_geowissenschaften_klimadaten-300x208.jpg 300w\" sizes=\"(max-width: 650px) 100vw, 650px\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p>Korallenriffe und Tropfsteine in H\u00f6hlen sind wichtige Klimaarchive. Denn die Zusammensetzung des Kalks, aus dem sie aufgebaut sind, kann verraten, welche Temperaturen zum Zeitpunkt ihrer Entstehung auf der Erdoberfl\u00e4che herrschten. Ein internationales Team von Geowissenschaftlern unter Federf\u00fchrung der Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt hat jetzt ein neu entwickeltes Verfahren zur Kalk-Analyse an einer Reihe von Klimaarchiven getestet und dabei den Einfluss verschiedener chemischer Reaktionswege in der Kalkentstehung sichtbar gemacht. Das neue Verfahren erlaubt es, vergangene Erdoberfl\u00e4chen-Temperaturen zuverl\u00e4ssiger zu bestimmen und die Entstehungsprozesse von Kalkskeletten heute existierender sowie ausgestorbener Arten zu untersuchen. <\/p>\n\n\n\n<p>Korallen bilden ihre Skelette aus im Wasser gel\u00f6sten Kalzium und\nKarbonat, die sie zu Kalk (chemisch: Kalziumkarbonat) ausf\u00e4llen. Aus diesem\nKalziumkarbonat entstehen \u2013 Schicht f\u00fcr Schicht \u2013 in Jahrtausenden gro\u00dfe\nKorallenriffe. Abh\u00e4ngig von der Temperatur bevorzugen Korallen dabei\nKarbonatgruppen mit bestimmten Varianten des Sauerstoffs (chemisches Symbol:\nO). So entsteht bei niedrigeren Wassertemperaturen vermehrt Kalziumkarbonat,\ndas einen h\u00f6heren Anteil einer schweren Sauerstoff-Variante enth\u00e4lt, des so\ngenannten Isotops <sup>18<\/sup>O. <\/p>\n\n\n\n<p>Leider beeinflusst auch der <sup>18<\/sup>O-Gehalt des Meerwassers\ndie Mengen an <sup>18<\/sup>O im Kalziumkarbonat \u2013 und dieser Einfluss l\u00e4sst\nsich bei der Bestimmung der Temperatur vergangener Zeiten nicht mehr\nrekonstruieren.<\/p>\n\n\n\n<p>Ein gro\u00dfer Fortschritt bestand in der Entdeckung, dass die\nIsotopenzusammensetzung einer Kalkschicht unabh\u00e4ngig von der Zusammensetzung\ndes Wassers R\u00fcckschl\u00fcsse auf die Temperatur zul\u00e4sst, wenn man die H\u00e4ufigkeit\neiner bestimmten, sehr seltenen Karbonatgruppe misst. Diese Karbonatgruppe\nenth\u00e4lt zwei schwere Isotope, ein schweres Kohlenstoff-Isotop (<sup>13<\/sup>C)\nund ein schweres Sauerstoff-Isotop (<sup>18<\/sup>O). Fachleute sprechen von\n\u201egruppierten\u201c Isotopen (\u201eClumped Isotopes\u201c). Bei geringeren\nUmgebungstemperaturen werden Karbonatgruppen mit \u201eClumped Isotopes\u201c etwas\nh\u00e4ufiger gebildet. <\/p>\n\n\n\n<p>Doch auch mit dieser Methode gab es noch ein Problem: Der Prozess\nder Kalkentstehung, der so genannte Mineralisationsprozess, kann \u00fcber\nunterschiedliche Reaktionsmechanismen mit verschiedenen\nReaktionsgeschwindigkeiten verlaufen, die ihrerseits ebenfalls Einfluss auf den\nEinbau schwerer Isotope in das Kalziumkarbonat nehmen (kinetische Effekte). Die\nReaktionsmechanismen k\u00f6nnen sich zwischen Karbonaten verschiedenen Ursprungs\nunterscheiden, und die dazugeh\u00f6rigen Geschwindigkeiten selbst innerhalb eines\nOrganismus variieren. Entsprechend k\u00f6nnen die mit dieser Methode ermittelten\nTemperaturen mit erheblichen Ungenauigkeiten behaftet sein. Dies gilt\ninsbesondere f\u00fcr Klimaarchive wie Korallen und Tropfsteine. <\/p>\n\n\n\n<p>Zur L\u00f6sung dieses Problems hat die Arbeitsgruppe von Prof. Jens\nFiebig am Institut f\u00fcr Geowissenschaften der Goethe-Universit\u00e4t ein\nhochsensibles Verfahren entwickelt, mit dem zus\u00e4tzlich zu der <sup>13<\/sup>C-<sup>18<\/sup>O-haltigen\nKarbonatgruppe die H\u00e4ufigkeit einer weiteren, noch selteneren Karbonatgruppe\nhoch pr\u00e4zise bestimmt werden kann. Diese Gruppe enth\u00e4lt ebenfalls zwei schwere\nIsotope, n\u00e4mlich zwei schwere Sauerstoffisotope (<sup>18<\/sup>O). <\/p>\n\n\n\n<p>Tr\u00e4gt man die theoretisch zu erwartenden H\u00e4ufigkeiten dieser\nbeiden seltenen Karbonatgruppen in einem Diagramm gegeneinander auf, l\u00e4sst sich\nder zu erwartende Einfluss der Temperatur als Gerade darstellen. Wenn nun die\ntats\u00e4chlich gemessenen H\u00e4ufigkeiten der beiden schweren Karbonatgruppen einen\nPunkt abseits der Geraden ergeben, ist dies auf den Einfluss des\nMineralisationsprozesses zur\u00fcckzuf\u00fchren. <\/p>\n\n\n\n<p>Fiebigs Doktorand David Bajnai hatte diese Verfahren erstmals auf\nverschiedene Klimaarchive angewendet und unter anderem verschiedene Korallenarten,\nTropfsteine und das fossile Skelett eines Kalmar-\u00e4hnlichen Kopff\u00fc\u00dflers\n(Belemnit) untersucht. <\/p>\n\n\n\n<p>Dr. David Bajnai, heute Postdoc an der Universit\u00e4t zu K\u00f6ln,\nerkl\u00e4rt: \u201eWir konnten zeigen, dass die Reaktionsmechanismen der Mineralisation\nzus\u00e4tzlich zur Temperatur einen gro\u00dfen Einfluss auf die Zusammensetzung vieler\nuntersuchter Karbonate haben. F\u00fcr Tropfsteine und Korallen best\u00e4tigen die\ngemessenen Abweichungen Modellrechnungen zu den jeweiligen\nMineralisationsprozessen, die unser Kooperationspartner Dr. Weifu Guo in der\nWoods Hole Oceanographic Institution in den USA durchgef\u00fchrt hat. Das neue\nVerfahren erm\u00f6glicht es erstmals, den Einfluss der Mineralisation quantitativ\nzu erfassen. Bestenfalls kann man diesen Einfluss auf eine einfache Weise aus den\ngemessenen Werten herausrechnen und somit die genaue Temperatur bei der\nKalkbildung unabh\u00e4ngig von dem verzerrenden Einfluss des\nMineralisationsprozesses bestimmen.\u201c<\/p>\n\n\n\n<p>Prof. Jens Fiebig sieht in der Methode ein gro\u00dfes Zukunftspotenzial: \u201eWir wollen unser neues Verfahren weiter validieren und durch Vermessung moderner Proben Klimaarchive identifizieren, die besonders geeignet sind f\u00fcr eine genaue und hochpr\u00e4zise Rekonstruktion vergangener Erdoberfl\u00e4chen-Temperaturen. Au\u00dferdem m\u00f6chten wir das Verfahren nutzen um zu bestimmen, welche Effekte die Ozeanversauerung durch den vermehrten CO<sub>2<\/sub>-Eintrag auf die Mineralisation etwa bei Korallen hat. Eventuell erlaubt das neue Verfahren sogar, den pH-Wert vergangener Ozeane abzusch\u00e4tzen.\u201c Wenn dies alles gelingt, lie\u00dfe sich die Rekonstruktion ehemaliger Umweltbedingungen deutlich verbessern.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"has-background has-very-light-gray-background-color\"><strong>Publikation: <\/strong>David Bajnai, Weifu Guo, Christoph Sp\u00f6tl, Tyler B. Coplen, Katharina Methner, Niklas L\u00f6ffler, Emilija Krsnik, Eberhard Gischler, Maximilian Hansen, Daniela Henkel, Gregory D Price, Jacek Raddatz, Denis Scholz, Jens Fiebig: <strong>Dual clumped isotope thermometry resolves kinetic biases in carbonate formation temperatures<\/strong>, Nature Communications, DOI 10.1038\/s41467-020-17501-0, <a href=\"http:\/\/www.nature.com\/ncomms\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\" aria-label=\" (\u00f6ffnet in einem neuem Tab)\">http:\/\/www.nature.com\/ncomms<\/a><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Korallenriffe und Tropfsteine in H\u00f6hlen sind wichtige Klimaarchive. Denn die Zusammensetzung des Kalks, aus dem sie aufgebaut sind, kann verraten, welche Temperaturen zum Zeitpunkt ihrer Entstehung auf der Erdoberfl\u00e4che herrschten. 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