Weiterentwicklung der Speläothem Petrographie- und Geochemie-Proxys mithilfe von Höhlenanalogexperimenten

• Antragstellerin: Dr. Sylvia Riechelmann
• Fachliche Zuordnung: Geologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536772595

Speläothemkarbonate, die über verschiedene Proxys erforscht wurden, gehören zu den am umfassendsten untersuchten Klimaarchiven. Insbesondere Höhlenüberwachungsprogramme und höhlenanaloge Laborexperimente sind effiziente Werkzeuge zum Verständnis der Prozesse, die die Ausfällung von Speläothemen und deren geochemischen Eigenschaften steuern. Unter den untersuchten Proxys sind jedoch Speläothemkristallgefüge und ihr Einfluss auf Umweltparameter noch wenig erforscht. Dies liegt daran, dass sich frühere Arbeiten hauptsächlich auf die Isotopenfraktionierung zwischen Tropfwasser und Karbonat konzentrierten und seltener auf die Kristallmorphologie und Elementverteilungskoeffizienten moderner Höhlenkarbonate. Die Höhlenüberwachung durch die Antragstellerin und Kollegen dokumentiert den Einfluss des Mg/Ca-Verhältnisses des Tropfwassers auf die Calcitkristallmorphologie und die Verteilungskoeffizienten von Mg und Sr. Daher schlagen wir vor, kontrollierte Laborexperimente unter höhlenanalogen Bedingungen durchzuführen, um den Zusammenhang zwischen Calcitkristallmorphologie, Elementverhältnissen und Verteilungskoeffizienten (DMg und DSr) zu untersuchen. Die experimentellen Mg/Ca- und Sr/Ca-Verhältnisse des Wassers spiegeln die Zusammensetzung des Tropfwassers wider, welche im Rahmen von Höhlenüberwachungsprogrammen beobachtet wurden. Experimentelles Höhlenwasser tropft unter stabilen Umgebungsbedingungen ständig auf in einem Klimaschrank aufgestellte Uhrgläser und löst die Ausfällung von Kalziumkarbonat aus. Anschließend werden Uhrglasausfällungen auf ihre petrographischen, kristallographischen und geochemischen Eigenschaften untersucht. Die Ergebnisse der höhlenanalogen Experimente werden mit Daten aus Höhlenüberwachungsstudien und letztendlich mit den entsprechenden Stalagmiten und ihrem Kristallgefüge verknüpft. Die vorgeschlagene Forschung zielt darauf ab, (i) die Schwellenwerte für das Mg/Ca-Verhältnis im Wasser zu bestimmen, das die Kristallmorphologie steuert; (ii) das Mg/Ca-Verhältnis des Wassers und die Kristallmorphologie aus höhlenanalogen Experimenten und Höhlenüberwachungsdaten mit dem Kristallgefüge von Speläothemen zu verknüpfen; (iii) die Schwellenwerte für das Mg/Ca-Verhältnis im Wasser zu bestimmen, die die Verteilungskoeffizienten von Mg und Sr (DMg und DSr) steuern; und (iv) die Calcitkristallmorphologie und das Stalagmitenkristallgefüge mit DMg und DSr zu verknüpfen. Ziel dieses Beitrags ist es, einen Rahmen zu schaffen, in den bestehende und nachfolgende Arbeiten eingebunden werden können, um quantitative Wissenschaft, Muster und Methoden für die Gemeinschaft zu extrahieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Denis Scholz
• Kooperationspartner: Professor Dr. Christoph Spötl