Isotopenverhältnismassenspektrometer
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die neue (IRMS) Isotopenplattform verfolgt das Ziel hochpräzise Messungen stabiler Isotope von Kohlenstoff, und Sauerstoff sowie von seltenen Isotopologen beider Elemente durchzuführen, um den Kohlenstoffkreislauf besser zu verstehen und um Klimarekonstruktionen durchzuführen. Als Untersuchungsobjekte dienen zahlreiche natürliche Klimaarchive wie Höhlensinter, Kalktuffe, Korallen und vieles mehr. Zum Verständnis des anthropogenen Kohlenstoffkreislaufs untersuchen wir auch die Atmosphäre. In den ersten 3 Jahren ist es uns gelungen „klassische“ Isotopenmessungen an Karbonaten mit der Kopplung IRMS-Gasbench II durchzuführen und auf internationale Standards zu kalibrieren. Diese Anwendung hat aber nur einen sehr kleinen Anteil an der Nutzung eingenommen da bisher der Kern der Forschung mit der IRMS Infrastruktur auf die Entwicklung, Verbesserung und Anwendung von Isotopologen-Messungen im Kohlendioxid der Atmosphäre und von Karbonaten abzielte. Erste Benchmarks beinhalten eine Verbesserung der Temperaturkalibierung von ∆47 Messungen von Karbonaten anhand von thermalen Brunnen und zahlreichen Laborexperimenten. In Kooperation mit einer Forschungsgruppe in Frankreich wurde parallel (Exzellenz Initiative II) auch stark in künftige optische Messverfahren von seltenen Isotopologen investiert. Für diese Innovation dienen die IRMS Messungen als Referenz und Zielpräzision. Wenngleich erste optische Messungen erfolgreich waren so ist bei weitem die Genauigkeit der IRMS noch nicht erreicht. Ein zweiter Benchmark war die Realisierung von ersten Messungen seltener Isotopopologe im CO2 in der Atmosphäre. Hier konnte die Möglichkeit fossiles CO2 zu identifizieren bestätigt werden. In verschieden Arbeiten kamen sowohl Analysen von stabilen Isotopen als auch seltenen Isotopologen zu Einsatz und erlaubten unter anderem die Rekonstruktion der Niederschlagszusammensetzung im MIS 11 in einem Stalagmit der Eberstadter Höhle in Baden Württemberg. Es wurden erste erfolgreiche Versuche unternommen anhand von Seltenen Isotopologen die Eigenschaften von Thermalwässern zu quantifizieren. Bedauerlicherweise waren neben zahlreichen wissenschaftlichen Erfolgen die ersten 3 Jahre auch geprägt von technischen Schwierigkeiten die teilweise bis heute nicht vollständig identifiziert und gelöst sind. Die installierte IRMS (mit Multikollektion und hochohmigen 1013 Ω Widerständen und einem Untergrunddetektor) zeigt eine häufige Signalinstabilität die auf anderen System des gleichen Typs nicht beobachtet wird. Diese Schwierigkeiten führten zu Wiederholungen von Messungen und zahlreichen Ausfällen und Reparaturen (vor allem in der Garantiezeit). Diese Schwierigkeiten bestehen teils noch immer und es fehlt eine schlüssige Erklärung. Daher haben wir (die Hauptnutzer) beschlossen das System 2019 in neue Räumlichkeiten umzuziehen, um mögliche Interferenzen mit einem anderen IRMS Meßsystem bzw. der Raumstromversorgung vollständig ausschließen zu können. Insgesamt hat die am Institut für Umweltphysik an der Universität Heidelberg neu etablierte Forschungsinfrastruktur die ursprünglich gesetzten Ziele für die ersten 3 Jahre dennoch nahezu erreicht, und es entstanden bereits zahlreiche wissenschaftliche Publikationen. Es fehlt lediglich die notwendige Messzeit und Routine, um die IRMS – Gasbench II Kopplung häufiger zu nutzen, damit künftig Isotopenprofile an Stalagmiten, Kalktuffen und Korallen regelmäßig gemessen werden können. Der Erfolg wissenschaftlicher Arbeit basiert auf der herausragenden Forschungsleistung der vielen involvierten Studierenden und der technischen Umsetzung und Kompetenz der Mitarbeiter*innen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Aragonite–calcite veins of the ‘Erzberg’ iron ore deposit (Austria): Environmental implications from young fractures. Sedimentology, 66(2), 604-635.
Boch, Ronny; Wang, Xianfeng; Kluge, Tobias; Leis, Albrecht; Lin, Ke; Pluch, Hannes; Mittermayr, Florian; Baldermann, Andre; Böttcher, Michael E. & Dietzel, Martin
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Assessment of Factors Controlling Clumped Isotopes and δ18O Values of Hydrothermal Vent Calcites. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 19(6), 1844-1858.
Kluge, Tobias; John, Cédric M.; Boch, Ronny & Kele, Sándor
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Deccan volcanism caused coupled pCO2 and terrestrial temperature rises, and pre-impact extinctions in northern China. Geology, 46(3), 271-274.
Zhang, Laiming; Wang, Chengshan; Wignall, Paul B.; Kluge, Tobias; Wan, Xiaoqiao; Wang, Qian & Gao, Yuan
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Detektivarbeit. Extremen Klimaereignissen auf der Spur. Ruperto Carola 12(2018), 97-105.
T. Kluge & Schuh, M.
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Optical clumped isotope thermometry of carbon dioxide. Scientific Reports, 9(1).
Prokhorov, Ivan; Kluge, Tobias & Janssen, Christof
