Modulares System zu Messung von Kohlenstoff- und Stickstoffkonzentrationen und –isotopie

• Fachliche Zuordnung: Geographie
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508402573

Um zukunftsweisende Forschung mit Bezug zu den Effekten von Landnutzungs- und Klimawandel auf unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Skalen durchführen zu können, wird ein IRMS-System zur Messung von Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) in Böden, Sedimenten, organischen Proben und Wasser benötigt. Neue Systeme in der Element-analytik erlauben durch deren modularen Aufbau sowohl die Messung von C- und N-Konzentrationen, als auch die Messung der jeweiligen stabilen Isotope. (1) C- und N-Konzentrationen in Böden und Sedimenten sind Indikatoren für den Anteil an organischer, humoser Substanz. Dies kann Auskunft darüber geben, ob z.B. ein landwirtschaftlich genutzter Boden Degradationserscheinungen aufweist, Oberboden-material erodiert wurde, organisches Material in Seesedimente eingeschwemmt wurde, oder in einem Siedlungsbereich organische Reste Hinweise auf anthropogene Aktivitäten geben können. Die Kenntnis der C-Gehalte ist auch Grundlage für weiterführende Analytik, z.B. Biomarkeranalysen. (2) In der Geoarchäologie und Archäobotanik gibt die Messung stabiler N-Isotope in Pflanzenresten Hinweise auf einen Einsatz organischer Grün- oder Mistdüngung, da die N-Isotopenverhältnisse lokal eher vom Bodenmanagement als vom Klima beeinflusst werden. Hier bestehen große Forschungslücken, die durch den geplanten interdisziplinären Einsatz geschlossen werden können. In der Paläoökologie ist die Messung stabiler C- und N-Isotope wichtig, um Erkenntnisse zur Klima- und Vegetationsgeschichte zu gewinnen. Anwendungsbeispiele sind die Analyse des Anteils an C3- und C4-Pflanzen in einem Ökosystem in Abhängigkeit von der Aridität, was für geoarchäologische und ökologische Studien in Savannen und Steppen relevant ist, wobei sich die Veränderungen der Isotopie in Pflanzen auch in Böden und Weidetieren wiederspiegelt. Auch die Einführung neuer Kulturpflanzen (z.B. Hirse) kann mittels C-Isotopie im archäologischen Befund nachgewiesen werden. (3) Für die Untersuchung der Bodenerosionsdynamik ist die Quantifizierung und Qualifizierung der organischen Substanz wichtig, welche aus dem Boden ausgewaschen und im Wasser gelöst ist. Der Eintrag organischer Substanz in Seen durch Bodenerosion aus landwirtschaftlich genutzten Flächen kann zu Veränderungen in δ15N und δ13C-Werten der Seesedimente führen, was auch für prähistorische Phasen messbar war. Auch hier gibt es noch Lücken im Prozessverständnis, und der Interpretationsmöglichkeit der Isotopendaten in Sedimenten. Der Einsatz dieser Systeme ist insbesondere in der Geoarchäologie kein Standard. Die Messung der C- und N-Isotopie vor Ort ist eine wichtige Voraussetzung, um Methoden zu entwickeln und neue Fragestellungen zu bearbeiten, und es wäre eine einmalige Gelegenheit um sich international als Zentrum für ökologisch-geoarchäologische Forschung zu positionieren. Ein Alleinstellungsmerkmal bei der Anschaffung wäre das zusätzliche Modul zur Messung der Isotope in Bodenwasser, welches an der CAU noch nicht vorhanden ist.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Modulares System zu Messung von Kohlenstoff- und Stickstoffkonzentrationen und –isotopie
• Gerätegruppe: 1700 Massenspektrometer
• Antragstellende Institution: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
• Leiterin: Professorin Dr. Eileen Eckmeier