Bestimmung von präzisen und genauen Fraktionierungsfaktoren für traditionelle und nicht traditionelle stabile Isotopensysteme bei der Bildung von Speläothemen mittels einzigartigen, neuen Laborexperimenten - Teil II

• Antragsteller: Dr. Maximilian Hansen
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413105321

In den vergangenen Jahrzehnten haben Speläotheme wertvolle Informationen über vergangene Klima- und Umweltschwankungen geliefert. Die am häufigsten verwendeten Paläoklimaproxys in Speläothemen sind stabile Kohlen- und Sauerstoffisotope. Die Interpretation dieser Proxys im Hinblick auf Klima- und Umweltveränderungen ist jedoch schwierig, da verschiedene Prozesse in Atmosphäre, Boden, Epikarst und der Höhle selbst die Isotopensignale überdecken können. Die zugrundeliegenden Fraktionierungsprozesse während der Bildung von Speläothemen sind noch nicht vollständig verstanden. Insbesondere ob die Isotopenfraktionierung von kinetischen oder Gleichgewichtsprozessen bestimmt ist wird noch diskutiert. Im Rahmen meines aktuellen Projektes habe ich einen einzigartigen experimentellen Aufbau erweitert und verbessert, der es erlaubt Isotopenfraktionierungsfaktoren zwischen allen Beteiligten chemischen Spezies bei der Bildung von Speläothemen (CaCO3, den gelösten anorganischen Kohlenstoff (DIC), gasförmiges CO2 und H2O) unter absolut kontrollierten Bedingungen zu bestimmen. Nach der Erweiterung und substantiellen Verbesserung des experimentellen Systems ist es auf Grund der COVID-19 Pandemie und den damit verbundenen Schließungen der Labore leider zu massiven Verzögerungen in meinem Projekt gekommen, das zweite Projektjahr ist dadurch fast vollständig verloren gegangen und die geplanten Experimente konnten damit nicht durchgeführt werden.Hier beantrage ich Personalmittel für ein weiteres Projektjahr um die geplanten Experimente durchführen zu können. Es werden leidglich Personalmittel benötigt, da ein Großteil der Sachmittel für Verbrauchsmaterialien, Messungen, Reisen und eine wissenschaftliche Hilfskraft noch vorhanden ist und direkt in das Folgeprojekt transferiert werden können.In den Experimenten werden dünne Lösungsfilme einer CaCO3 Lösung geneigte, sandgestrahlte Glasplatten herunterfließen und dabei entlang der Fließstrecke CaCO3 ausfällen. Nach verschiedenen Fließstrecken, und damit verschieden Aufenthaltszeiten auf den Platten, werden pH und elektrische Leitfähigkeit der Lösung sowie die d13C und d18O Werte des DIC und des ausgefallenen CaCO3 gemessen. Während der Experimente werden Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit, pCO2, und die d13C und d18O Werte des CO2 der Atmosphäre, als auch der Reservoir Lösung, durch Messung mittels eines Isotopenverhältnis-Infrarotspektrometers, akribisch konstant gehalten. Dies wird es ermöglichen präzise und exakt Fraktionierungsfaktoren, sowie deren Abhängigkeit von den experimentellen Rahmenbedingungen wie Temperatur, pCO2 oder Abscheidungsrate, zu bestimmen. Darüber hinaus wird die Fraktionierung nicht-traditioneller stabiler Ca Isotope zu untersuchen werden. Die Kombination von nicht-traditionellen und traditionellen stabilen Isotopensystemen sowie ein detailliertes Verständnis aller die Fraktionierung beeinflussender Faktoren hat sehr großes Potential für quantitative Paläoklimarekonstruktion von Speläothemen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Denis Scholz