Recrystallisierung pedogener und biogener Karbonate im Boden: Umwelteffekte, Modellierung und Bedeutung für die Rekonstruktionen von Paleoumwelt

• Antragsteller: Professor Dr. Yakov Kuzyakov
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Physische Geographie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276710838

In ariden und semiariden Klimaten sind die Isotopensignaturen von pedogenen und biogenen Karbonaten die wichtigsten Werkzeuge für die Datierung von Böden und die Rekonstruktion von Paläoumweltbedingungen. Die Rekristallisation von Karbonaten mit bodenbürtigem CO2 kann jedoch die Isotopensignaturen von C (d13C, D14C) und O (d18O) verändern und dadurch die Ergebnisse beeinflussen. Daher sind Korrekturen für die Berücksichtigung dieser Rekristallisation notwendig. Ein eigens entwickelter und bereits erprobter Ansatz wird verwendet, um die Austausch- und Rekristallisationsraten von pedogenen und biogenen Karbonaten mit 14CO2 in Abhängigkeit von Umweltbedingungen zu bestimmen. Dadurch wird festgestellt, welche Karbonate besonders gut für Paläoumweltrekonstruktionen geeignet sind und unter welchen Bedingungen die ursprüngliche Isotopensignatur am besten konserviert wird. Zuerst werden die Effekte der abiotischen Faktoren - CO2-Konzentration im Boden, Feuchtigkeit, Temperatur, Zeit und das Vorhandensein diffuser geogener Karbonate - auf pedogene (Konkretionen, Steinüberzüge, laminare Schichten) und biogene Karbonate (Schalen, Knochenstücke, verkalkte Samen) untersucht. In Experimenten mit vier Pflanzen mit unterschiedlichen Wurzeleigenschaften werden zudem die Effekte der biotischen Faktoren Wurzelatmung und -ausscheidungen analysiert. Diese experimentell gemessenen Rekristallisationsraten werden für die Parametrisierung eines Modells genutzt, welches die Rekristallisation von pedogenen und biogenen Karbonate abhängig von Umweltbedingungen simuliert. Zuletzt wird das Modell validiert, indem die simulierten Rekristallisationsraten mit Radiokarbon- und U/Th-Datierungen pedogener und biogener Karbonate von archäologischen Ausgrabungsstätten verschiedener Klimabedingungen verglichen werden. Die Ergebnisse dieses Projektes werden die Auswahl der am besten geeigneten pedogenen und biogenen Karbonate für Datierungen unter den jeweiligen Umweltbedingungen ermöglichen und stellen die Anwendung der entsprechenden Korrekturen für mögliche Rekristallisationen bereit.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professorin Dr. Michaela Dippold; Dr. Kazem Zamanian, Ph.D.