PALAVAS: Zeitliche und räumliche Entwicklung von Verwitterungsraten tropischer Vulkaninseln

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Anne Bernhardt; Dr. Hella Wittmann-Oelze
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505643062

Die chemische Verwitterung von Silikatgestein ist die größte atmosphärische CO2-Senke über geologische Zeitskalen. Die Verwitterung auf Vulkaninseln hat vermutlich einen wesentlichen Anteil am globalen CO2-Entzug durch Gesteinsverwitterung, da diese Gesteine durch eine schnelle Auflösungskinetik gekennzeichnet sind. Tropische Vulkaninseln sind wegen ihrer anhaltenden Niederschläge, warmer Temperaturen und hoher physikalischer Erosionsraten (ER) von besonderer Bedeutung. Frühere Arbeiten deuten darauf hin, dass die Verwitterungsrate (VR) nach der Ablagerung frischen Vulkangesteins mit der Zeit stark abnimmt. Diese Arbeiten beruhen jedoch auf indirekten Erkenntnissen, da sie sich auf die Kartierung aktiver bzw. inaktiver Vulkanfelder und/oder auf Messungen der gelösten Fracht stützen, die die hohe Verwitterungsdynamik tropischer Inseln (durch Zyklone) nicht exakt erfassen. Wir testen die Hypothese, dass die VR tropischer Vulkaninseln nach der Extrusion eines Vulkanfeldes zunächst sehr hoch sind, dann aber stark sinken bis sie ein "Verfallsdatum" erreichen. Danach können die hohe VR nicht mehr aufrechterhalten werden, da keine Landschaftsverjüngung durch tektonische Hebung stattfindet. So könnten vulkanische Verwitterung und Erosion eng miteinander verknüpft sein: Nach der Extrusion eines Vulkankegels können auch hohe ER nicht aufrechterhalten werden, und es erfolgt eine verzögerte Abnahme des Reliefs, der Erosion und der Verwitterung. Wir vermuten, dass die Zeitskala und die Form der Abnahme für eine bestimmte Gesteinsart (intermediär vs. mafisch) charakteristisch ist und durch vorherrschende Niederschlags- und Temperaturverhältnisse modifiziert wird. Um diese Hypothese zu testen kommen Elementgeochemie sowie die neuartigen Be- und Li-Isotopensysteme als Tracer für Verwitterungsraten und -intensität zum Einsatz, ergänzt durch Biomarker-Analysen und numerische Modellierung, um die klimatischen Einflüsse auf die VR zu entschlüsseln. Eine Beprobung mit guter zeitlicher Auflösung ist auf den intensiv untersuchten tropischen Inseln Guadeloupe und Réunion (mit intermediären bzw. mafischen Gesteinen) möglich: Dort quantifizieren wir VR und ER rezenter Verwitterungsprodukte (Böden/ Flusssedimente), aber auf Lavaeinheiten unterschiedlichen Alters und mit unterschiedlicher Gesteinschemie. Lakustrine Sedimentarchive (<10 ka) zeichnen die holozäne Entwicklung von VR und ER auf. Marine Sedimentfächer (<800 ka) vor Réunion werden direkt von Flüssen gespeist, die Lavaeinheiten unterschiedlichen Alters entwässern. Diese Archive ermöglichen erstmals die Analyse der gesamten Verwitterungsgeschichte eines Vulkanfeldes. PALAVAS wird Verwitterung und Erosion mittels isotopen-geochemischer Analysen von Böden, Flüssen und detritischen Sedimentarchiven quantifizieren und somit ein vollständig aktualisiertes Bild der zeitlichen Entwicklung von Verwitterung und Erosion auf tropischen Inseln liefern, und wie diese Entwicklung den globalen Entzug von CO2 beeinflusst.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Fabien Arnaud; Dr. Julien Bouchez