"Es steht im Kleingedruckten" - Ein auf maschinellem Lernen basierender, holistischer Ansatz zur sedimentären Provenienz von Ablagerungen im Kleinstkornbereich

• Antragsteller: Dr. Nils Keno Lünsdorf
• Fachliche Zuordnung: Geologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528496994

Die Sedimentäre Provenienzanalyse (SPA) stellt wichtige Konzepte und immer anspruchsvollere Werkzeuge zur Verfügung, die genutzt werden um Liefergebiete aufzufinden, zu untersuchen und dabei die relevanten Prozesse moderner und ehemaliger Sedimentverteilungssysteme einzugrenzen. Die meisten Methoden und viele Fallstudien befassen sich jedoch überwiegend mit Sandkorn-großen Sedimenten, wobei die Tatsache außer Acht gelassen wird, dass die meisten klastischen Sedimente von kleinerer Korngröße sind. Um dieses Defizit zu beheben, zielt unser Ansatz darauf ab, die Korngrößenspannbreite der Einzelkornanalytik innerhalb der SPA zu erweitern und zu kleineren Korngrößen zu verschieben. Dies wird über einen Arbeitsablauf erreicht, der optische Mikroskopie, Raman Spektroskopie, sowie unterschiedliche Elektronen- und Laserstrahl basierte Methoden mit maschinellem Lernen kombiniert, um so einen umfassenden petrographischen, mineralogischen, geochemischen und geochronologischen Datensatz für jedes Einzelkorn zu erheben. Elementar für den Ansatz ist die Optimierung aller Arbeitsschritte, wobei besonders auf einen hohen Probendurchsatz geachtet wird, was eine hohe Automatisierung der Analytik bedingt. Diese wird signifikant erhöht, indem die Objekterkennungsfähigkeiten neuronaler Netzwerke genutzt werden. So können in wenigen Stunden, mittels Lichtmikroskopischer Bilder, hunderttausende Mineralkörner und deren Raumdaten (z.B. Position, Größe, Form) identifiziert werden. Diese Daten sind die Grundlage der weiteren Automatisierung der Analytik durch Raman Spektroskopie, Elektronenstrahlmikrosonde und LA-ICP-MS (Laser Ablation - Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry). Dieser Ansatz wird die Erfassung von feinkörnigen, sedimentären Abfolgen mit einer beispiellosen räumlichen, zeitlichen und/oder kompositionellen Auflösung ermöglichen. Zum Beispiel stellen (hemi-)pelagische, Tonstein-reiche Abfolgen ein umfassendes, erdgeschichtliches Archiv dar, das selten hinsichtlich seiner Provenienz untersucht wird und noch seltener mittels Einzelkornanalytik. Feinkörnige, terrestrische Ablagerungen, wie Löss-Paleosol-Sequenzen, beinhalten oft paläoklimatische Daten (Staubkonzentration, Strömungsrichtungen, Liefergebiete, etc.) und dies meist in hoher zeitlicher Auflösung. Solche Abfolgen mit genannter Auflösung zu untersuchen wird neue Wege in der Erforschung von Sedimenten ermöglichen. Um die Machbarkeit des Ansatzes zu demonstrieren, werden drei Fallstudien durchgeführt, die (1) zeitgleiche Provenienzwechsel und sich daraus ergebende paläoklimatische Konsequenzen entlang einer SW-NE Transekte durch Mitteldeutschland (2) das Erhaltungspotential von feinkörnigen, instabilen Schwermineralen aus tiefdiagenetischen, triassischen Tonsteinen und (3) durch Nachweisen des Transfers von mikrometrischen Zirkon- und Xenotim-Anwachsäumen, sowie von mikro-Monazit, in die Feinsiltfraktion rezenter Sedimente, den Zeitpunkt der Diagenese oder niedriggradiger Metamorphose untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen