Fraktionierung von stabilen Chrom-Isotopen durch redox-induzierte Spezies-Umverteilung in der Sauerstoffminimumzone vor Peru

• Antragsteller: Dr. Philipp Nasemann
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 395901092

Chrom (Cr) ist ein Übergangsmetall, das nur als Spurenelement (~80 bis 550 ng/kg) in Meerwasser vorliegt. Da die Isotopenverteilung von Cr eng an Änderungen des Redox-Zustands im Meerwasser gekoppelt ist, gelten Cr-Isotope als ein vielversprechender Indikator für Redox- und Sauerstoff-Bedingungen in der Wassersäule. Erste veröffentlichte Studien berichten jedoch eine überraschend heterogene Meerwasser Cr-Isotopie, die der aktuellen Hypothese zufolge durch Isotopenfraktionierung zwischen oxidierten und reduzierten Cr-Spezies und einer bevorzugten Verlagerung der reduzierten Spezies in tiefere Wasserschichten, vor allem in Gebieten mit ausgeprägten Sauerstoffminimumzonen, zustande kommt. Phytoplankton könnte dabei eine bedeutende Rolle spielen und als Transportmechanismus fungieren. Um die aktuelle Hypothese zu testen und die Datendichte zur Meerwasser-Isotopie zu erhöhen, wird ein Zwei-Jahresprojekt im Rahmen eines DFG Forschungsstipendiums beantragt, in dessen Verlauf die Cr-Isotopie in Meerwasser- und Sedimentproben des Schelfgebiets vor Peru analysiert werden sollen. Das Schelfgebiet vor Peru beherbergt die am stärksten ausgeprägte Sauerstoffminimumzone weltweit und umfasst Auftriebsgebiete verschiedener Intensität. Durch die Beschaffenheit des Schelfs sowie den uneinheitlichen Auftrieb von Tiefenwasser ergeben sich zudem Unterschiede in der Nährstoffversorgung, was sich auf Verteilung und Ausmaß der Primärproduktion auswirkt. Durch diese Konstellation eignet sich das Schelfgebiet vor Peru hervorragend, um die Auswirkungen wechselnder biogeochemischer Parameter und Redox-Bedingungen auf die Cr-Isotopie im marinen Bereich, sowie die Verteilung zwischen der Wassersäule und dem Sediment in einer detaillierten Studie, zu erforschen. Zudem sind mit den reichhaltig vorhandenen Hintergrundinformationen, zu den ausgewählten Proben sowie zum Peru Auftriebsgebiet insgesamt, ideale Voraussetzungen gegeben, um diese Wechselwirkungen genauestens zu verstehen. Damit sind zwingende Anforderungen für die erfolgreiche Etablierung eines neuen, innovativen Indikators wie Cr-Isotopen erfüllt. Die für Messungen von Cr-Isotopen in Meerwasser- und Sedimentproben erforderlichen analytischen Methoden wie chemische Anreicherungs- und Auftrennungsverfahren finden neben hochentwickelten Methoden der Isotopenanalytik bereits routinemäßig am Institut für Geologie der Universität Bern Anwendung, sodass zügige erste Ergebnisse zu erwarten sind. Die Ergebnisse des vorgeschlagenen Forschungsprojektes liefern dringend benötigte Informationen zu innerozeanischen Fraktionierungsprozessen von Cr-Isotopen, die von erheblicher Bedeutung für die Interpretation von Isotopendaten in geologischen Archiven sind und überdies zu einem besseren Verständnis des marinen Kohlenstoffkreislaufs und dem biogeochemischen Verhalten von Nährstoffen beitragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Gastgeber: Professor Dr. Samuel Jaccard