Änderungen der CO2-Konzentration und der Ozeanzirkulation während des Klimawechsels im mittleren Miozän

• Antragsteller: Dr. Markus Raitzsch
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Physik und Chemie der Atmosphäre ; Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 421821560

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das ursprüngliche Ziel dieser Studie, Änderungen der CO2-Konzentration und der Ozeanzirkulation während des Klimawechsels im mittleren Miozän mithilfe mehrerer DSDP/ODP-Sedimentkerne zu rekonstruieren, konnte aufgrund der COVID-19-Pandemie leider nicht zu Ende gebracht werden. Stattdessen wurde die Zeit genutzt, um nutzerfreundliche Web-Applikationen in der Programmiersprache R zu schreiben, die verschiedene Anwendungen im Bereich der Berechnung der Karbonatchemie und der dazugehörigen analytischen Chemie umfassen. Zum einen programmierte ich die R-Shiny-Applikation PULSE, mit dessen Hilfe es möglich ist, schnell und reproduzierbar Laserablationsprofile auszuwerten, um die geochemische Zusammensetzung von einzelnen Foraminifernschalen zu bestimmen. Desweiteren programmierte ich in R Shiny eine Anwendung names ScarFace, mit der man auf schnelle und einfache Art und Weise das R-Paket seacarb bedienen kann, um sämtliche Parameter der Karbonatchemie des Meerwassers zu berechnen. Die Download- und Zugriffszahlen legen nahe, dass ScarFace auf beachtliche Resonanz in der Community der marinen Geochemie stieß. Eine weitere von mir programmierte Anwendung ist Seacarbx, quasi eine Erweiterung für secarb, die den Einfluss der Magnesium- und Kalziumkonzentrationen des Meerwassers auf die Gleichgewichtskonstanten der Karbonatparameter berücksichtigt, was insbesondere bei Rekonstruktionen der Karbonatchemie der tieferen Erdgeschichte oder bei Kulturversuchen mit modifiziertem Meerwasser hilfreich ist. Desweiteren entwickelte ich das R-Shiny-Programm BISON, mit dem es möglich ist, sämtliche Berechnungen durchzuführen, die den kompletten Workflow "von der Borisotopie zu pCO2-Werten" abdecken. Damit lassen sich Kalibrierungen von δ11Bforam gegen δ11Bsw durchführen, als auch die Berechnung von pH aus δ11Bforam-Werten, sowie die anschließende Berechnung von pCO2 anhand der berechneten pH-Werte. Neben der Programmiertätigkeit war ich an der Veröffentlichung zweier wissenschaftlicher Artikel in hochrangigen Journalen beteiligt (Science und Nature Communications). Ersteres behandelt die Begutachtung und Synthese verschiedener CO2-Proxies, mit der es möglich ist, die Entwicklung von CO2 während der vergangenen 66 Millionen Jahre in bisher nie dagewesener Genauigkeit zu bestimmen. Die zweite Publikation handelt von einer neuen Methode, mit der es möglich ist, den Effekt der Karbonatchemie auf das Mg/Ca-Verhältnis in polaren Foraminiferenschalen herauszufiltern. Das wiederum erlaubt eine genauere Rekonstruktion von eiszeitlichen Schwankungen der Oberflächentemperaturen in den Polarmeeren.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• ScarFace - seacarb calculations with R Shiny user interface. Zenodo.
  Raitzsch, M. & Gattuso, J.-P.
  
• Seacarbx - seacarb extension for deep-time carbonate system calculations. Zenodo
  Raitzsch, M., Hain, M.P., Henehan, M.J. & Gattuso, J.-P.
  
• Toward a Cenozoic history of atmospheric CO 2. Science, 382(6675).
  Hönisch, Bärbel; Royer, Dana L.; Breecker, Daniel O.; Polissar, Pratigya J.; Bowen, Gabriel J.; Henehan, Michael J.; Cui, Ying; Steinthorsdottir, Margret; McElwain, Jennifer C.; Kohn, Matthew J.; Pearson, Ann; Phelps, Samuel R.; Uno, Kevin T.; Ridgwell, Andy; Anagnostou, Eleni; Austermann, Jacqueline; Badger, Marcus P. S.; Barclay, Richard S. ... & Zhang, Laiming
  
• A solution for constraining past marine Polar Amplification. Nature Communications, 15(1).
  Morley, A.; de la Vega, E.; Raitzsch, M.; Bijma, J.; Ninnemann, U.; Foster, G. L.; Chalk, T. B.; Meilland, J.; Cave, R. R.; Büscher, J. V. & Kucera, M.