ICP-Sektorfeld-Massenspektrometer (ICP-SFMS)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das hochauflösende ICP-Sektorfeld-Massenspektrometer (ICP-SF-MS) wurde Anfang 2014 im ICP-MS Labor des Instituts für Geowissenschaften, CAU Kiel, in Betrieb genommen und wird seitdem als Teil des analytischen Plattformkonzeptes des Exzellenzclusters Future Ocean bzw. Kiel Marine Science (KMS) kontinuierlich genutzt; darüber hinaus wurden auch aktuelle Forschungsvorhaben in der Angewandten Geologie, Materialforschung, Molekularbiologie und Pflanzenernährung im Rahmen von Kooperationen unterstützt. Für Klimarekonstruktionen im Bereich des Indonesian Throughflow konnten mit dem ELEMENT XR nun Ba/ Ca und andere Element/Ca Verhältnisse an Einwaagen von nur 30 µg Ca also einzelne Foraminiferen bestimmt werden. Dies ermöglicht eine deutlich höhere Zeitauflösung von Klimasignalen in Sedimentkernen. Auch zur Spurenelementverteilung an sehr fragilen aragonitischen Schalen von freischwimmende Flügelschnecken, Pteropoden, konnten erste Testmessungen mit ausgezeichneten Ergebnissen im Hinblick auf die Nutzung dieser Organism als ein weiterer Klimasignalträger beitragen (N. Keul, Exellenzcluster Future Ocean). Der Oman-Ophiolith gilt als das beste Beispiel für schnell-spreizende ozeanische Lithosphäre an Land. Darin wurde im Wadi Gideah ein vollständiges und kontinuierliches geochemisches Profil erstellt welches neue quantitative Aussagen zu Akkretions-Prozessen ermöglicht. Unsere Spurenelement-Daten stützen die Modellvorstellung, dass die tiefen plutonischen Anteile der ozeanischen Kruste durch in situ-Kristallisation aus aufsteigendem MORB-Magma gebildet werden. Erste mikrochemische Daten für Plagioklase, Orthound Klinopyroxene, gemessen durch Kopplung unseres 193nm GeoLas Laser-Ablation-Systems an das ELEMENT XR, werden mit einem neuen Geo-Thermometer kalibriert. Die abgeleiteten Kristallisationstemperaturen scheinen unsere Modellvorstellungen zu bestätigen. Die erreichten extrem niedrigen Nachweisgrenzen dieser LA-ICP-SFMS-Kopplung waren für einige REE im tiefen sub-ppb Bereich! Marine Hydrothermalsysteme werden seit vielen Jahren im Team des Mitantragstellers Herrn Garbe- Schönberg studiert. Die hochauflösenden Eigenschaften des ELEMENT XR – Massenspektrometers ermöglichen nun die störungsfreie Direktmessung von Übergangsmetallen und vielen anderen Elementen wie As, Se, Te, Au in der Meerwassermatrix der Hydrothermalfluide. Hier können wir nun große Wissensund Datenlücken für die Verteilung von sehr selten analysierten Elementen in marinen Hydrothermalsystemen schließen. Derzeit werden Proben aus laufenden Projekten zum Hydrothermalismus in Kermadec Arc und Coriolis Trough (Expeditionen M126 und SO229, Kooperation mit A. Koschinski, JUB Bremen), im Reykjanes Geothermalfeld (Kooperation mit ISOR, Island, und M. Hannington, GEOMAR), im Kueishantao/Taiwan Hydrothermalfeld, am Mittelatlantischen Rücken (Expedition M126, Kooperation mit N. Dubilier, MPI Bremen) und Indischen Ozean (BGR-INDEX) bearbeitet. Hydrothermalexperimente zu Meerwasser-Gesteins- Wechselwirkung unter superkritischen Bedingungen zeigten, dass vor allem das Wasser-Gesteins-Verhältnis einen starken Einfluss auf die Zusammensetzung der Fluide hat. Mit dem ELEMENT XR wurden Messergebnisse für Ultraspurenelemente in Komatiiten und marinen Basalten validiert. Im vom Land Schleswig-Holstein finanzierten und vom Lehrstuhl Prof. Dahmke koordinierten Projekt GeoCITTI zur oberflächennahen Wärmespeicherung wird der Einfluss der Temperatur auf die Grundwasserqualität experimentell bestimmt. Mit dem ELEMENT XR kann die chemische Zusammensetzung und Temperatur-abhängige Freisetzung von Schwermetallen belegt werden. Darüber hinaus wurde das Gerät im Rahmen von Kooperationen mit anderen Instituten an der CAU eingesetzt: (1) Gemeinsam mit der AG Materialverbunde (Prof. Faupel) an der Technischen Fakultät wurde in Zeitreihen-Experimenten die Freisetzung von Ag-Ionen aus Nanopartikeln unter polymeren bzw. keramischen Barrieren bzw. aus Nanokompositen untersucht. (2) Mit der Arbeitsgruppe Molekularbiologie J. Appel am Botanischen Institut wurden Metalloproteine (NiFe-Hydrogenase) von Cyanobakterien charakterisiert, die sich durch besonders hohe Umsatzraten von Wasserstoff auszeichnen und daher für Brennstoffzellen interessant sind. (3) Für die AG Mühling, Institut für Pflanzenernährung, werden die Al-Gehalte in verschiedenen Pflanzenteilen untersucht, um Ursachen von Nekrosen verstehen und quantifizieren zu können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2016) Gold enrichment in active geothermal systems in response to evolving reservoir dynamics. – Nature Geosciences, 9, 299–302
Hannington M, Hardardóttir V, Garbe-Schönberg D, Brown KL
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(2016) Heavy metals from Kueishantao shallow-sea hydrothermal vents, offshore northeast Taiwan. – J Marine Systems
Chen X-G, Lyu S-S, Garbe-Schönberg D, Lebrato M, Li X, Zhang H-Y, Zhang P-P, Chen CTA, Ye Y
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(2016) Komatiites reveal an Archean hydrous deepmantle reservoir. – Nature 531, 628-632
Sobolev AV, Asafov EV, Gurenko AA, Arndt NT, Batanova VG, Portnyagin MV, Garbe-Schönberg D and Krasheninnikov SP
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(2016) Time-resolved interaction of seawater with gabbro: An experimental study up to 475 °C, 100 MPa. – Geochim Cosmochim Acta 197: 167-192
Beermann O, Garbe-Schönberg D, Bach W, Holzheid A
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Endemic hydrothermal vent species conserved in the open ocean seed bank. – Nature Microbiology Article Number 16086 (2016)
Gonnella G, Böhnke S, Indenbirken D, Garbe-Schönberg D, Seifert R, Mertens C, Kurtz S, Perner M
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(2017) Boninite-like intraplate magmas from Manihiki Plateau Require Ultradepleted Source Component . – Nature Comms.
Golowin R, Hoernle K, Portnyagin M, Hauff F, Gurenko A, Garbe-Schönberg D, Werner R, Turner S
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Boiling vapour-type fluids from the Nifonea vent field (New Hebrides Back-Arc, Vanuatu, SW Pacific): Geochemistry of an early-stage, post-eruptive hydrothermal system. - Geochim Cosmochim Acta 207 (2017) 185–209
Schmidt K, Garbe-Schönberg D, Hannington M, Anderson MO, Bühring B, Haase K, Haruel Chr; Lupton JE, Koschinsky A
