Chemische und mineralogische Veränderungen karbonatischer Schalen durch Fossilisationsprozesse - eine experimentelle Studie

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd R. Schöne; Professor Dr. Thomas Tütken
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 348043586

Muschelschalen sind inkrementell wachsende Hartgewebe, die biologische und Umweltinformationen aquatischer Lebensräume in präziser chronologischer Reihenfolge über Jahre bis Jahrhunderte aufzeichnen. Im Gegensatz dazu mineralisieren Eierschalen – Hartgewebe von Amnioten – schnell (Stunden bis Tage) und zeichnen währenddessen physiologische (z.B. Körpertemperatur) und Umweltinformationen in terrestrischen Lebensräumen auf. In diesem Forschungsprojekt wollen wir die Post-Mortem-Veränderung dieser biomineralisierten Hartgewebe sowie die Stabilität aufgezeichneter mineralogischer, chemischer und mikrotextureller Proxy-Informationen durch In-vitro-Diagenese-Experimente untersuchen. Das Verständnis der diagenetischen Veränderung von Muschel- und Eierschalen ist für zuverlässige paläoklimatische und paläoökologische Rekonstruktionen aus Fossilien von größter Bedeutung. Ein kritischer Faktor für die Erhaltung und Diagenese der Schalen sind Lösungs- und Wiederausfällungsprozesse des kalkhaltigen Materials, die zur Bildung neomorpher CaCO3-Minerale oder -Domänen in vorhandenen Biomineraleinheiten führen, wodurch sich die chemischen und isotopischen Signaturen und die Mikrostrukturen der Hartgewebe ändern können. Aktuell gibt es nur eine begrenzte Anzahl experimenteller Studien, hauptsächlich Erhitzungsexperimente bei hohen Temperaturen und trockenen Bedingungen sowie hydrothermale Alterationsexperimente, mit denen die chemische und mineralogische Veränderung von Muschelschalen beleuchtet wurde; keine vergleichbaren Studien an Eierschalen. Es fehlen jedoch Experimente bei niedrigen Temperaturen (≤ 90 ° C) bei typischen erdoberflächennahen Einbettungs- und Fluidbedingungen. In diesem Projekt wollen wir kontrollierte In-vitro-Alterationsexperimente mit Muschelschalen- und Eierschalenmaterial in verschiedenen isotopenmarkierten wässrigen Lösungen (Süß-, Meerwasser) durchführen, welche die Zusammensetzung typischer diagenetischer Fluide nachahmen, um die Beständigkeit der wichtigsten Umwelt-, Klima- und Ernährungs-Proxies gegenüber diagenetischen Alterationsprozessen zu untersuchen. Mineralogische, chemische und mikrostrukturelle Veränderungen der Karbonat- sowie der intrakristallinen Proteinphase sollen entlang von Schalenalterationsgradienten in-situ und ex-situ unter Verwendung einer Kombination aus Gesamtmaterial sowie räumlich hoch aufgelösten In-situ-Analysetechniken untersucht werden. Das Schalenmaterial wird vor und nach der In-vitro-Niedrigtemperaturalteration chemisch und strukturell charakterisiert, um diagenetische Merkmale zu identifizieren, die dann mit fossilen Muschel- und Eierschalenproben verglichen werden. Das übergeordnete Ziel besteht darin, ein besseres mechanistisches Verständnis der Fossilisationsprozesse der Biomaterialien bei niedrigen Temperaturen und des Erhaltungspotenzials chemischer, isotopischer und mikrostruktureller Proxies sowohl in der mineralischen als auch in der organischen Phase dieser kalkhaltigen Hartgewebe zu erlangen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2685: Die Grenzen des Fossilberichtes: Analytische und experimentelle Ansätze zum Verständnis der Fossilisation
• Mitverantwortlich: Dr. Eric Otto Walliser