Süßwasserperlmuscheln als Archive für stabile Isotopen in Fließgewässern (MUSES)

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd R. Schöne
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451877270

Isotopendaten von Fließgewässern sind von essentieller Bedeutung, um unser Verständnis und Modelle für hydrologische, ökologische, biogeochemische und atmosphärische Prozesse zu verbessern. Jedoch läßt sich das volle Potential wegen viel zu kurzer und unvollständiger Zeitreihen gar nicht ausschöpfen. Hier schlagen wir einen innovativen Beitrag vor, um zur Lösung des Problems, nämlich limitierter Gewässerisotopen-Archive, beizutragen: die Nutzung von Süßwassermuscheln als langzeitliche delta18O-Archive von Fließgewässern. Im Rahmen einer Pilotstudie haben wir die Sauerstoffisotopendaten von Muschelschalen (kompiliert aus 10 Studien) analysiert, die von 18 Lokalitäten aus insg. 16 Flüssen unterschiedlicher geographischer Breiten weltweit stammen. Wir haben signifikante Zusammenhänge zwischen delta18O-Werten des Niederschlags, des Fließgewässers und der Muschelschalen ermittelt. Sowohl die Wasser- als auch die Schalendaten weisen relativ zum Niederschlag stark gedämpfte saisonale Amplituden auf. Aufbauend auf dieser Studie wollen wir nun multidekadische Rekonstruktionen von delta18O-Werten in Fließgewässern vornehmen. Zunächst wollen wir prüfen, ob sich die Wassertemperatur – als wichtige Voraussetzung zur präzisen Rekonstruktion des delta18O-Wertes des Wassers aus delta18O-Werten der Schalen – aus der (a) Zuwachsrate, (b) mikrostruktureller Merkmale und/oder (c) elementchemischer Daten der Schalen rekonstruieren lassen. Dann wollen wir testen inwiefern sich hochauflösende in-situ Messungen der delta18O-Werte der Schalen via SIMS komplementär zur traditionellen naßchemischen Methode via CF-IRMS (Stichwort: Micromilling oder Microdrilling) eignen, vor allem mit welcher Genauigkeit. Insbesondere könnte SIMS, dank wesentlich kleinerer, flacherer Probenpunkte, für langsam wachsende Schalenabschnitte in späten Lebensstadien der Tiere von großem Nutzen sein. Außerdem lassen sich die Meßpunkte wesentlich präziser zeitlich alignieren. Schließlich wollen wir die rekonstruierten delta18O(Wasser)-Zeitreihen von drei Einzugsgebieten in Luxemburg, Schweden und Deutschland mit multidekadischen delta18O-Niederschlags-Zeitreihen vergleichen, um über das derzeitige Verständnis zur Kontrolle der geologischen Begebenheiten auf hydrologische Funktionen hinauszugehen. Wir testen die Hypothese, daß Änderungen im Abfluss-Regime eines Einzugsgebiets (ausgelöst durch den Klimawandel) mechanistisch zu einer Modifikation des Wasseranteils führen, der über schnelle Fließwege zum Strom fließt - mit der zusätzlichen Annahme, daß das Ausmaß dieser Modifikation durch das Gestein moduliert wird. Um unsere Hypothese zu prüfen, bauen wir auf einer Metrik auf, nach der der Anteil jungen Wassers (Fyw) proportional zur Abflußmenge steigt und dadurch einen Anstieg des proportionalen Beitrags schneller Durchläufe bei hohen Abflußmengen aufzeigt. Dieser Ansatz ist besonders geeignet für die Bestimmung von Transitzeiten des Wassers in stationären und heterogenen Einzugsgebieten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Luxemburg
• Kooperationspartner: Professor Dr. Laurent Pfister