Eine neue Sichtweise auf das Dolomitproblem basierend auf stabilen Mg, Ca und Sr Isotopen

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Tatzel
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 395854813

Dolomit (Mg,Ca(CO3)2) ist ein häufig vorkommendes, gesteinsbildendes Mineral, das über die gesamte Erdgeschichte auftritt, jedoch selten rezent gebildet wird. Dieses Paradoxon der Geowissenschaften ist bekannt als „Dolomit-Problem“. Dolomit wird unterschieden in primären Dolomit, der mikrobiell unterstützt ausfällt und sekundären Dolomit, der diagenetisch durch Substitution von Ca durch Mg in Kalzit postsedimentär gebildet wird. Bis heute konnten noch keine strukturellen, chemischen oder isotopischen Eigenschaften gefunden werden, die diese fundamentale Unterscheidung im geologischen Archiv ermöglicht. Methodische Entwicklungen von induktiv gekoppelten Multikollektor Massenspektrometern (MC-ICP-MS) ermöglichen erstmals die Messung stabiler Isotope von Magnesium (Mg) und Strontium (Sr), die in Dolomit als Haupt- bzw. Spurenelement auftreten und zur Lösung des „Dolomit-Problems“ beitragen können.Neue Erkenntnisse über die Anreicherung von Mg (Bontognali et al., 2014) und Sr (Pilotstudie von Dr. Paytan) in Dolomit, der mit Exopolymeren Substanzen (EPS) assoziiert ist, lassen vermuten, dass stabile Mg, Ca und Sr-Isotope bei der primären, mikrobiell unterstützten Dolomit-Fällung kinetisch fraktioniert werden bzw. dass sich spezifische Gleichgewichts-Isotopenfraktionierungsfaktoren in der Anwesenheit von EPS einstellen. Wir vermuten, dass der Modus der Dolomit-Fällung (primär vs. sekundär) auf Grundlage von Isotopenverhältnissen von stabilem Mg, Ca und Sr unterschieden werden kann. Um zur Lösung des Dolomit-Problems beizutragen, möchte ich basierend auf stabilen Metallisotopenverhältnissen in Dolomit aus Fällungsexperimenten und dem geologischen Archiv untersuchen, ob sich die Bedingungen zur mikrobiellen Dolomit-Fällung geändert haben.Ich verfolge zwei primäre Projektziele: 1) die Bestimmung von Isotopenfraktionierungsfaktoren α26/24Mg(Dolomit-Lösung), α44/40Ca(Dolomit-Lösung) und α88/86Sr(Dolomit-Lösung) und Elementkonzentrationen an Dolomit aus Fällungsexperimenten mit EPS, sowie an seltenen, rezent gebildetem Dolomit aus der Lagune ‘Lagoa Vermelha’ in Brasilien und 2) die Bestimmung des Bildungsmodus von Dolomit-Proben archaischen bis neogenen Alters basierend auf Analysen stabiler Mg, Ca, Sr, C, und O Isotope. Ich erwarte, spezifische Isotopenfraktionierungsfaktoren für primären Dolomit zu bestimmen, die die Abgrenzung zu sekundärem Dolomit ermöglichen und somit Rückschlüsse auf Änderungen im Modus der Dolomit-Bildung durch die Erdgeschichte zulassen. Da Fällung primären Dolomits von (redox-abhängigen) mikrobiellen Lebensräumen abhängt, sind säkulare Änderungen im Modus der Dolomitbildung – insbesondere während der zweistufigen Ozean-Atmosphären Oxygenierung – zu erwarten.Bontognali, T.R.R., Mckenzie, J.A., Warthmann, R.J., and Vasconcelos, C., 2014, Microbially influenced formation of Mg-calcite and Ca-dolomite in the presence of exopolymeric substances produced by sulphate-reducing bacteria: Terra Nova, v. 26, no. 1, p. 72–77

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Adina Paytan, Ph.D.