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Ein Thermometer für die Erdgeschichte

Reinhart-Koselleck Projekt über eine Million Euro für Geowissenschaftler der Goethe-Universität

Wie sich durch die Analyse der Karbonat-Zusammensetzung bestimmter Gesteine exakte Rückschlüsse auf die Temperatur vergangener Erdepochen ziehen lassen, untersuchen die Geowissenschaftler um Prof. Jens Fiebig von der Goethe-Universität. Eine kürzlich von ihnen entwickelte Methode könnte es künftig erlauben, vergangene Erdoberflächentemperaturen viel zuverlässiger zu bestimmen. Diese Methode soll nun zunächst validiert und dann auf vergangene Erdepochen angewendet werden, in denen der Gehalt des Treibhausgases CO2 in der Atmosphäre höher war als heute. Das Forschungsvorhaben wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft als Reinhart-Koselleck-Projekt mit mehr als einer Million Euro gefördert.

FRANKFURT. Kalk besteht aus Kalzium und Karbonatgruppen, die sich wiederum aus den Elementen Sauerstoff (chemisches Symbol: O) und Kohlenstoff (chemisches Symbol: C) zusammensetzen. Sauerstoff und Kohlenstoff kommen in der Natur in verschiedenen Modifikationen vor, die sich in ihrer Masse unterscheiden und als Isotope bezeichnet werden. Wenn sich Kalk in Korallenriffen oder Tropfsteinen bildet, werden mit abnehmender Temperatur zunehmend Karbonatgruppen aus dem Wasser abgeschieden, die ein schweres Sauerstoffisotop (18O) enthalten. Diese Temperaturabhängigkeit wurde - seit ihrer Entdeckung Ende der 40er-Jahre des letzten Jahrhunderts - dazu verwendet, die Entwicklung der Erdoberflächentemperatur im Verlaufe der Erdgeschichte zu rekonstruieren. Oftmals lässt sich mit Hilfe einer solchen Analyse jedoch nicht eindeutig auf den exakten Einfluss der Temperatur während der Kalkentstehung schließen, denn auch die 18O-Menge des Wassers und der Mechanismus der Karbonatentstehung (Mineralisationskinetik) beeinflussen die Häufigkeit dieser Karbonatgruppe.

Ein wesentlicher Fortschritt in der Klimarekonstruktion wurde Anfang der 2000er-Jahre am California Institute of Technology erzielt. Den Wissenschaftlern gelang es, die Häufigkeit von Karbonatgruppen zu bestimmen, die zwei schwere Isotope enthalten, 13C und 18O, sogenannte „clumped isotopes“. Die Häufigkeit dieser Karbonatgruppe ist ebenfalls abhängig von der Kristallisationstemperatur des Karbonats, aber unabhängig vom 18O-Gehalt des Wassers. Eine Fehlerquelle dieses Thermometers bestand aber weiterhin in der Tatsache, dass die Mineralisationskinetik auch die Häufigkeit der „clumped isotopes“ beeinflussen kann.

Prof. Jens Fiebig und seinem Team am Institut für Geowissenschaften der Goethe-Universität ist es im vergangenen Jahr erstmals gelungen, die Häufigkeit einer weiteren Karbonatgruppe zu bestimmen, welche ebenfalls zwei schwere Isotope enthält, nämlich zweimal 18O. Mit der Häufigkeitsanalyse dieser beiden sehr seltenen, jeweils zwei schwere Isotope enthaltenden Karbonatgruppen kann nun erstmals der Einfluss der Mineralisationskinetik sichtbar gemacht und von dem Einfluss der Temperatur getrennt werden. Mit der 'dual clumped isotope'-Methode zur Karbonatanalyse halten die Forscher nun womöglich eine Art Thermometer in den Händen, mit dem sie die Erdoberflächentemperaturen vergangener Erdzeitalter in bislang unerreichter Genauigkeit rekonstruieren könnten. Mehr erfahren...

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