Quantitative Bestimmung von Denudationsraten basaltischer Gesteine und deren Beitrag an dem globalen Kohlenstoffdioxid Haushalt mittels kosmogenem Mn-53
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die chemische Verwitterung von Silikatgesteinen an der Erdoberfläche verbraucht atmosphärisches Kohlendioxid und hat damit das Potenzial, das globale Klima zu beeinflussen. Insbesondere die Verwitterung von Basaltgestein könnte eine wichtige Senke für Kohlendioxid sein. Unser Verständnis darüber, was die chemischen Verwitterungsraten von Gesteinen steuert, wurde durch unsere Unfähigkeit, Raten über die Zeitskalen zu messen, die für Landbildungsprozesse relevant sind, eingeschränkt. In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich diese Situation durch die Entwicklung terrestrischer kosmogener Nuklidtechniken, die in der Lage sind, die Denudation zu quantifizieren und somit Raten der chemischen Verwitterung über tausendjährige Zeiträume und länger zu extrahieren, verbessert. Basaltische Terrains haben in dieser Arbeit jedoch wenig Beachtung gefunden, teilweise aufgrund eines Mangels an geeigneten Zielelementen für kosmogene Nuklidmessungen. Jüngste Fortschritte haben gezeigt, dass das kosmogene Nuklid Mn-53 in Eisenoxiden durch Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS) gemessen werden kann, was bedeutet, dass es das Potenzial hat, zur Messung der Denudationsraten von Basalten eingesetzt zu werden. Dieses Projekt versuchte, die Chemie zu entwickeln, die erforderlich ist, um Eisenoxidproben aus Basalten in der für AMS-Messungen erforderlichen Form herzustellen. Die Aufbereitungschemie musste in der Lage sein mit Probenspezifika, welche sich auf Erosionsratenproben beziehen umgehen zu können, darunter die Entfernung von sekundären Eisenoxiden aus den primären Eisenoxiden, größere Massen und damit größere Kationenbelastungen bei der Abtrennung und Reinigung des Mn sowie die Abtrennung von das Mn aus isobarem Cr. Es wurden iterative Protokolle entwickelt, die sich mit diesen Problemen befassten. Insbesondere erwies sich die Verwendung von Techniken, die für die Bodenwissenschaften entwickelt wurden, für die Entfernung von sekundären Eisenoxiden als nützlich. Zudem konnte ein neuartiger Ansatz mit “chelating resin” die Trennung von Mn und Cr mit weniger Mn-Verlust verbessern. Niedrige Mn-55-Ausbeuten in den Proben sind wünschenswert, um die Wahrscheinlichkeit erfolgreicher Mn-53-Messungen durch AMS zu maximieren. Die Mn-55-Ausbeuten von Magnetit (einem Eisenoxid) können jedoch eine untere Grenze haben, die die Verwendung der Technik in Settings mit hoher Denudation einschränkt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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The first (53Mn/55Mn) isotopic ratio measurements at the Cologne FN-Tandem Accelerator. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 437, 87-92.
Schiffer, M.; Spanier, R.; Müller-Gatermann, C.; Herb, S.; Feuerstein, C.; Hackenberg, G.; Marock, M.; Heinze, S.; Stolz, A.; Dewald, A. & Binnie, S.
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Method developments for accelerator mass spectrometry at CologneAMS, 53Mn/3He burial dating and ultra-small 14CO2 samples. Global and Planetary Change, 184, 103053.
Schiffer, Markus; Stolz, Alexander; López, Damián Alejandro; Spanier, Richard; Herb, Susan; Müller-Gatermann, Claus; Heinze, Stefan; Binnie, Steven; Melchert, Jan; Kivel, Niko; Schumann, Dorothea; Rethemeyer, Janet; Dunai, Tibor & Dewald, Alfred
