Korrektur von 18O/16O Vitaleffekten in biogenen Karbonaten anhand von 17O/16O und ``clumped isotope´´ Messungen.

• Antragsteller: Professor Dr. Daniel Herwartz
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415866908

Paläo-temperaturen (T) werden routinemäßig anhand der Sauerstoffisotopie (δ18O) von biogenen Karbonaten rekonstruiert. Die hierfür benötigte δ18O Zusammensetzung des Wassers ist meist unbekannt. Mit dem neuen „clumped isotope‟ Proxy (Δ47) lassen sich Paläo-T auch direkt aus der Isotopenzusammensetzung von Karbonaten errechnen. Allerdings muss in beiden Fällen (δ18O und Δ47) die Präzipitation von Karbonat im Gleichgewicht mit dem Wasser stattfinden. Sogenannte Vitaleffekte stören dieses Gleichgewicht aufgrund von Prozessen wie (i) Diffusion; (ii) Hydratation (CO2 + H2O) und Hydroxilierung (CO2 + OH-); sowie (iii) pH Effekten oder Ungleichgewicht an der Grenzfläche von Wasser und Karbonat. Diese Prozesse verändern die Isotopenzusammensetzungen und damit die errechneten Paläo-T. Speziell bei Korallen liegen die scheinbaren δ18O-T bis zu 20°C über den realen wachstums-T. Beim neuen Δ47 Proxy ergeben sich bis zu 9°C zu niedrige Δ47-T. Beide Thermometer sind also ungenau.Die Vitaleffekte lassen sich anhand von zusätzlichen δ17O Messungen zu korrigieren. Für Proben die sich im Gleichgewicht mit dem Wasser gebildet haben ergibt sich aus allen drei Isotopenverhältnissen (δ17O, δ18O und Δ47) die korrekte Präzipitationstemperatur. Stimmen die Thermometer nicht überein, wurde aufgrund von Vitaleffekten kein Gleichgewicht mit dem Wasser erreicht. Eine entsprechende Korrektur ist mit zusätzlichen δ17O Messungen möglich. Einzelne Prozesse wie etwa Diffusion oder Hydroxilierung sind in einem δ18O vs. δ17O Diagramm voneinander unterscheidbar. Proben mit unterschiedlich stark ausgeprägtem Vitaleffekt liegen also auf Regressionen deren Steigung durch den zugrundeliegenden Prozess kontrollierte wird. Die Verlängerung dieser Regression schneidet einen Punkt an dem sowohl das δ17O und das δ18O Thermometer dieselbe T ergeben. Bei bekannter Wasserzusammensetzung entspricht diese T der wahren Wachstums-T. Ist der δ18O des Wassers unbekannt werden zusätzlich Δ47 Messungen benötigt um wahre Wachstums-T zu berechnen. Dieser Ansatz lässt sich auch auf nicht organische Proben wie etwa pedogene Karbonate oder Speläotheme übertragen welche sich auch nicht im Gleichgewicht bilden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen