Isotopen-Massenspektrometer
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zu den wichtigsten Archiven der Paläo-Umweltforschung zählen Skelette niederer Meeresorganismen und anorganisches, am Meeresboden gebildetes CaCO3. Diese mineralischen Bildungen sind nicht nur stabil und über große geologische Zeiträume erhaltungsfähig, sondern unterscheiden sich in ihrer Isotopenzusammensetzung je nach Bildungsbedingungen. Änderungen der Isotopenzusammensetzung lassen sich insofern in der Paläo-Umweltforschung einsetzen; für Ihre Messung werden Isotopenverhältnismassenspektrometer (IRMS mit spezieller Karbonatpräparation) benötigt. Das beschaffte Großgerät mit Karbonatpräparationssystem ist für die Analytik der Verhältnisse der stabilen Isotope des Sauerstoffs und Kohlenstoffs (δ18O, δ13C) in kleinsten Probengrößen (> 15 µg) bei gleichzeitig hoher externer Reproduzierbarkeit im Routinebetrieb (besser als 0,04 ‰ für δ13C und besser als 0,08 ‰ für δ18O (1σ)) entwickelt worden. Die Einhaltung dieser Spezifikationen waren für die Umsetzung der Forschungsziele in den laufenden bzw. zukünftigen Projekten im Institut für Geophysik und Geologie der Universität Leipzig eine Grundvoraussetzung für die Beschaffung. Kleinste Probengrößen ergeben sich aus den Themen der wissenschaftlichen Forschungsprojekte, die die Untersuchung von Mikrofossilien und die interne Variation von δ18O und δ13C in Korallenskeletten oder Muschelschalen als Spiegel von saisonalen Umweltänderungen betreffen. Im Berichtszeitraum wurden mit dem Gerät Messungen für zwei durch die DFG geförderte Forschungsvorhaben durchgeführt. Ein Vorhaben (“The coral sclerochronology perspective of Panaman gateway dynamics and climate change“) betrifft die ozeanographische Trennung von Atlantik und Pazifik durch die Hebung der mittelamerikanischen Landbrücke. Kam es dadurch zu messbaren Änderungen der saisonalen und interannuellen klimatischen Muster im tropisch-subtropischen westlichen Atlantik? Zu Klärung dieser Frage wurden Korallen und Muscheln aus der Dominikanischen Republik, Costa Rica und auf der Halbinsel Florida (USA) sclerochronologisch untersucht. Alle Datensätze zeigen für Zeiträume vor und nach der Heraushebung der Landbrücke einheitliche, im Vergleich mit heute identische saisonale Temperaturmuster an. Dieses unerwartete Ergebnis impliziert möglicherweise, dass die hydraulische Schließung der mittelamerikanischen Meeresstraße deutlich früher erfolgte als bisher angenommen. Das zweite Vorhaben im Berichtszeitraum (“Oligocene climate dynamics towards the Oligocene-Miocene transition (IODP Expedition 342, North Atlantic)”) betrifft Untersuchungen zum Klima im späten Paläogen/frühen Neogen. Das Oligozän repräsentiert eine frühe Phase des Eishaus-Klimas, das mit der Bildung eines permanenten ostantarktischen Eisschildes vor ~34 Mill. Jahren eingesetzt hat. Im Rahmen der IODP Exp. 342 wurden mächtige sedimentäre Abfolgen des Oligozän und frühen Miozän vor Neufundland erbohrt. Diese Sedimente enthalten außergewöhnlich gut erhaltene Mikrofossilien und weisen überdurchschnittlich hohe Sedimentationsraten auf. Ziel dieses Projekts ist es, einen zeitlich hoch aufgelösten Isotopen-Datensatz für Benthos- und Planktonforaminiferen zu erzeugen und die Wassertemperaturentwicklung im Nordatlantik abzuschätzen. Aus den zwei oben genannten Projekten ergaben sich vielfältige wissenschaftliche Kooperationen und Folgeprojekte. Dazu gehört ein Vorhaben zur systematischen Erfassung der Kalzifikationsraten von Riffkorallen während des Känozoikums (in Überarbeitung, DFG). Wir erhoffen uns von dieser Vorgehensweise nicht nur die Erstellung eines Datensätzes hinsichtlich Sättigung des Meerwassers an Karbonatmineralen für das Känozoikum, sondern zudem auch eine Aussage hinsichtlich möglicher Änderungen der Kalzifikationsrate in Korallen und anderen Kalkschalern infolge der zukünftig weiter zunehmenden Ozeanversauerung. Ein anderes Vorhaben mit dem Titel „The pre-PETM perspective of transient paleoceanographic events” soll wiederholte, weitreichende Störungen der marinen Ökosysteme im Verlauf des frühen Paläogens untersuchen. Verschiedene Vorstudien betreffen die Einsatzmöglichkeiten des Gerätes in der Umweltforschung (Dynamik des Flusses Mulde). Das Großgerät wird auch in der Lehre und Weiterbildung in regelmäßigen Lehrveranstaltungen (z.B. Isotopengeologie, Forschungsseminar) und bei der Durchführung von Abschlussarbeiten (BSc-, und MSc-Arbeiten, Dissertationen) eingesetzt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2013): Density banding in corals: barcodes of past and current climate change Coral Reefs, 23/4, 1013-1023
Brachert, T.C., Reuter, M., Krüger, S., Böcker, A., Lohmann, H., Mertz-Kraus, R., Fassulas, C
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(2014) A 4.2 Million years record of interglacial paleoclimate from sclerochronological data of Florida carbonate platform (Early Pliocene to recent). Global and Planetary Change 120:54-64
Brachert TC, Reuter M, Krüger S, Lohmann H, Petuch EJ, Klaus JS
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(2014): Upwelling history of the Mediterranean Sea revealed by stunted growth in the planktic foraminifera Orbulina universa (early Messinian, Crete, Greece). International Journal of Earth Sciences:1-14
Brachert TC, Bornemann A, Reuter M, Galer SJ, Grimm KI, Fassoulas C
