Organische Spurenanalyse von atmosphärischen Markersubstanzen in Eisbohrkernen

• Antragsteller: Professor Dr. Thorsten Hoffmann
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie ; Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 421860192

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Eisbohrkerne werden neben anderen Archiven, wie Sedimenten, Stalagmiten, Korallen und Baumringen, als Klimaarchive verwendet. In den letzten Jahrzehnten hat die Analyse dieser Klimaarchive eine Fülle von Informationen über vergangene Klima- und Umweltveränderungen in Zeiträumen von wenigen Jahren bis zu 800.000 Jahren geliefert. Organische und anorganische Verbindungen in Aerosolpartikeln sowie wasserlösliche Gase werden durch nasse und trockene Depositionsprozesse aus der Atmosphäre abgelagert und in Eisschilden und Schneefeldern in den Polarregionen und kalten Gletschern der mittleren Breiten konserviert. Im vorliegenden Projekt wurden verschiedene hochempfindliche und selektive Methoden für die Spurenanalyse von organischen Markerspezies in verschiedenen Klimaarchiven unter Verwendung von UHPLC-ESI-HRMS entwickelt. Der Schwerpunkt der Entwicklungen lag im Bereich der Eisbohrkernanalytik, allerdings wurden mit der gleichen Motivation und entsprechend abgewandelten Probenvorbereitungsschritten auch Speläotheme auf verschiedene Markersubstanzen untersucht. Der Anlass auch Speläotheme als Klimaarchive mit zu untersuchen, lag neben den Klimaarchiv-bezogenen Vorteilen (u.a. Vorkommen in fast allen Gebieten der Erde, Th/U-Datierungsmethode anwendbar, sehr hohe zeitliche Auflösung, lang zurückreichende Zeitreihen) insbesondere in der besseren Verfügbarkeit verschiedener Speläothemproben. Den größten Informationsgehalt lieferte die Analyse von biogenen SOA Markern, Lignin-Oxidationsprodukten und Biomasseverbrennungsmarkern (PAHs, Levoglucosan). In interdisziplinärer Zusammenarbeit mit Geowissenschaftlern konnte unsere Gruppe zahlreiche neue Ergebnisse im Bereich der Paläo-Vegetationsentwicklung und der Häufigkeit und Intensität von Paläo-Vegetationsbränden erarbeiten. Die mit finanzieller Unterstützung durch das vorliegende Projekt begonnen Arbeiten im Bereich der organischen Spurenanalytik in Eisbohrkernen und Speläothemen werden in Zusammenarbeit mit verschiedenen Paläoklimaforschungsgruppen auch momentan noch intensiv fortgesetzt. Insofern wirkte die DFG Finanzierung des vorliegenden Projekts in der Tat als Anschubfinanzierung für ein weiterhin aktiv betriebenes Forschungsfeld des AK-Hoffmann im Bereich der organischen Spurenanalytik.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Ein spurenanalytischer Blick in die Vergangenheit – Lignin Analyse in Speläothemen zur Rekonstruktion von Paläovegetation, GIT Labor-Fachzeitschrift, 09/2020, p. 20-22, Wiley-VCH GmbH
  Beschnitt, A. & Hoffmann, T.
  
• The maximum carbonyl ratio (MCR) as a new index for the structural classification of secondary organic aerosol components. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 35(14).
  Zhang, Yun; Wang, Kai; Tong, Haijie; Huang, Ru‐Jin & Hoffmann, Thorsten
  
• Was haben eigentlich Tropfsteine mit dem Klimawandel zu tun? Faszination Chemie, Informationsplattform der GDCh
  Beschnitt, A., Homann, J. & Hoffmann, T.
  
• Development of a Method for Anodic Degradation of Lignin for the Analysis of Paleo‐Vegetation Proxies in Speleothems. ChemElectroChem, 9(6).
  Homann, Julia; Zirbes, Michael; Arndt‐Engelbart, Meiko; Scholz, Denis; Waldvogel, Siegfried R. & Hoffmann, Thorsten
  
• Linked fire activity and climate whiplash in California during the early Holocene. Nature Communications, 13(1).
  Homann, Julia; Oster, Jessica L.; de Wet, Cameron B.; Breitenbach, Sebastian F. M. & Hoffmann, Thorsten
  
• Towards comprehensive non-target screening using heart-cut two-dimensional liquid chromatography for the analysis of organic atmospheric tracers in ice cores. Journal of Chromatography A, 1661, 462706.
  Beschnitt, Anja; Schwikowski, Margit & Hoffmann, Thorsten
  
• Past fire dynamics inferred from polycyclic aromatic hydrocarbons and monosaccharide anhydrides in a stalagmite from the archaeological site of Mayapan, Mexico. Biogeosciences, 20(15), 3249-3260.
  Homann, Julia; Karbach, Niklas; Carolin, Stacy A.; James, Daniel H.; Hodell, David; Breitenbach, Sebastian F. M.; Kwiecien, Ola; Brenner, Mark; Peraza, Lope Carlos & Hoffmann, Thorsten
  
• Reconstruction of Holocene and Last Interglacial vegetation dynamics and wildfire activity in southern Siberia. Copernicus GmbH.
  Margerum, Jade; Homann, Julia; Umbo, Stuart; Nehrke, Gernot; Hoffmann, Thorsten; Vaks, Anton; Kononov, Aleksandr; Osintsev, Alexander; Giesche, Alena; Mason, Andrew; Lechleitner, Franziska A.; Henderson, Gideon M.; Kwiecien, Ola & Breitenbach, Sebastian F. M.
  
• Method development and application for the analysis of chiral organic marker species in ice cores. Atmospheric Measurement Techniques, 18(2), 421-430.
  Schäfer, Johanna; Beschnitt, Anja; Burgay, François; Singer, Thomas; Schwikowski, Margit & Hoffmann, Thorsten