Natürliche Variationen der 51V/50V-Isotopie: ein neuer Redox-Anzeiger?

• Antragsteller: Dr. Stephan Schuth
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387895211

Die stabilen Isotope des redox-sensitiven Vanadiums bieten eine besondere Möglichkeit, den nur wenig erforschten marinen VKreislauf einschließlich der Flüsse systematisch zu untersuchen undsomit die V-Isotopie als einen möglichen leistungsfähigen Anzeiger von Redox- und Wasserchemie-Variationen zu erschließen. Neben der instrumentellen Anforderung zur präzisen und akkuraten Analyse der V-Isotopie stellt die Messung von extrem niedrigen VKonzentrationen (<2 μg/L) in Meer- und Flusswässern eine hohe labortechnische Herausforderung dar, um genügend V für eineIsotopenmessung zu gewinnen. In der ersten Projektphase wurde die V-Separation entscheidend verbessert, um V aus großen Mengen Meerwasser (2L) bei gleichzeitig geringerem Zeitaufwand zu extrahieren. Intensive Tests zeigen eine exzellente Übereinstimmung der V-Isotopie eines Meerwasserstandards (δ51VAA=+0.30‰) sowie der Nordsee (δ51VAA=+0.03‰) mit kürzlich publizierten Ozean- Isotopendaten. Sehr niedrige δ51V-Werte von ca. -1.9‰ für eine antarktische Meerwasserprobe deuten jedoch eine heterogene VIsotopie im marinen Millieu an. Zudem konnte für verschiedene Haupt- und Nebenflüsse des Jangtse-Beckens erstmals gezeigt werden, dass (i) die V-Isotopie des gelösten V von den kleineren Flüssen hin zu den großen Strömen sich zu höheren δ51V-Werten verändert, (ii) innerhalb eines großen Flusses wie des Jangtse die δ51V-Werte zur Mündung hin kontinuierlich ansteigen, und (iii) die VIsotopie des gelösten V-Reservoirs deutlich durch V-Adsorption an partikuläre Fe-Oxide beeinflusst werden kann. Interessanterweise überlappen die δ51V-Werte des partikulär gebundenen V in den Flusswässern mit denen von Fe-Mn-Knollen und deuten somit auf vergleichbare V-Isotopenfraktionierungsprozesse hin. Erste δ51V-Werte von Sedimenten des Schwarzen Meeres zeigen ab einer Tiefe von 850 bis ~2000m eine stetige Zunahme δ51V-Werte von -3.1 bis +0.3‰ an, während von 150 - 380m (d.h., hin zur Chemokline) eineZunahme von etwa -1.9 bis -1.1‰ beobachtet wurde. In diesen Tiefen variieren die δ238U-Signaturen nur relativ gering von 0.03 bis 0.17‰, und sind zudem von der V-Isotopie entkoppelt. Möglicherweise zeichnet die V-Isotopie Redoxprozesse auf, die von den U-Isotopen nicht archiviert wurden. Um die V-Isotopie besser zu verstehen, sollen in der zweiten Projektphase die V-Isotopien der anderen ozeanischen Senken (hydrothermale Fe-Oxide, Karbonate, Fe-Mn-Knollen, reduzierte Sedimente) sowie eine umfangreichere Meerwasser- Probensuite untersucht werden. Einfache Experimente sollen die VIsotopenfraktionierung durch Adsorption und Fällung durch Fe-Oxide näher beleuchten. V-Isotope könnten zusammen mit VSpeziesanalysen (III-IV-V), oder in zusammen mit anderen Redoxanzeigern wie U schließlich einen detaillierten Blick auf dieRedoxentwicklung der früheren Ozeane erlauben, Unterschiede zwischen anoxischen und euxinischen Umgebungen zu zeigen, oder auch Biosignaturen anzeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China, Kanada, Schweiz
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Rizlan Bernier-Latmani; Daniel D. Gregory, Ph.D.; Dr. Simon Hohl