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Projekt
Kohlendioxid-Isotopen Analysator
Fachliche Zuordnung
Mineralogie, Petrologie und Geochemie
Förderung
Förderung in 2025
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 570615253
Sauerstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff sind die Hauptelemente der Hydrosphäre, der Biosphäre, der Lithosphäre und wichtige Bestandteile der Atmosphäre. Über die Isotopenverhältnisse dieser Elemente in den verschiedenen Stoffgruppen lassen sich Prozesse (z. B. Photosynthese), Bedingungen (z. B. Temperatur) und Materialflüsse (z. B. Quellen und Senken) in der heutigen Umwelt und über die Erdgeschichte rekonstruieren. Eine Herausforderung bei stabilen Isotopen im Allgemeinen ist die eindimensionale Skala. Die Interpretation von 2H/1H, 13C/12C und 18O/16O Verhältnissen ist meist nicht eindeutig, weil sich verschiedene Prozesse überlagern können. Zum Beispiel werden aus gemessenen 18O/16O Verhältnissen in Karbonaten Paläo-Temperaturen rekonstruiert. Dies ist möglich, wenn sich das Karbonat nahezu im Gleichgewicht mit dem Meerwasser bildet. Bei vielen Karbonaten funktioniert dieser Ansatz jedoch nicht, weil kinetische Isotopenfraktionierungsprozesse, das Gleichgewicht überlagern. Auch Diagenese kann die rekonstruierten Temperaturn verzerren. Auf der eindimensionalen 18O/16O Skala lassen sich diese überlagernden Prozesse nur über Umwege (z. B. 13C/12C) oft jedoch gar nicht erkennen. Mit den beantragten Instrumenten können 17O/16O Verhältnisse mit höchster Präzision gemessen werden. So lassen sich kleinste Unterschiede in rein Massenabhängigen Fraktionierungsprozessen auflösen. Diese zweite Dimension der Sauerstoffisotope ermöglicht die Identifizierung, Quantifizierung und Korrektur von überlagernden Prozessen. Hochpräzise 17O/16O Verhältnisse können mit konventionellen Massenspektrometern nur an O2 Gas bestimmt werden, weil beim CO oder CO2 Isotopologe mit 13C und 17O dieselben Massen haben. Selbst auf neuen hochauflösenden Massenspektrometern sind vergleichbare Fehler mit denen an O2 gas auch mit sehr lange Messzeiten an CO2 nicht zu erreichen. Die quantitative Umwandlung von CO2 zu O2 ist jedoch technisch herausfordernd. Die hier beantragten Instrumente sind keine Massenspektrometer. Es handelt sich um ein spektroskopisches, also optisches Messverfahren. Daher eignet es sich auch für die direkte Messung von CO2 Gas aus klassischen Probenaufschlussverfahren. Das Analysegas wird in eine optische Zelle eingebracht, wo die Isotopologe mit einem Laser angeregt werden. Über die Messung der Isotopenspezifischen Absorptionsbanden kann die Isotopen-Zusammensetzung des Analysegases innerhalb von Sekundenbruchteilen bestimmt werden. Entsprechende Instrumente für H2O sind schon weit verbreitet. Für CO2 gibt es neuerdings ebenfalls einen kommerziellen Hersteller der unsere Anforderungen an die Präzision im 17O/16O erreicht. In Bochum ergibt sich die Möglichkeit die neuartige Drei-O Isotensystematik (ausgedrückt als Δ’17O) mit der ebenfalls recht neuen Clumped Isotopen Thermoetrie (Δ47) zu verbinden. Ein speziell für Δ47 Analysen entwickeltes Peripheriegerät zur Aufbereitung von Karbonaten wird mit beantragt.
DFG-Verfahren
Forschungsgroßgeräte
Großgeräte
Kohlendioxid-Isotopen Analysator
Gerätegruppe
1520 Meßgeräte für Gase (O2, CO2)
Antragstellende Institution
Ruhr-Universität Bochum
