Kalibrierung des Phosphat-δ18O-Thermometers für SIMS-Analysen zur Rekonstruktion von Meerwassertemperaturen in der geologischen Vergangenheit

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Wotte
• Fachliche Zuordnung: Geologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 470134482

Untersuchungen von Sauerstoffisotopen (δ18O) an marinem biologisch gefälltem Phosphat (Bioapatit) stellen ein wertvolles Werkzeug zur Rekonstruktion der Temperaturen des (Paläo-)meerwassers dar. Während die konventionelle δ18O-Analyse von Bioapatit mittels IRMS (Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie) große Probenvolumina von >1 mg erfordert, wird dieses Volumen bei der in situ SIMS-Analyse (Sekundärionen-Massenspektrometrie) wesentlich reduziert. Eine solche Reduzierung der Probengrößen minimiert auch das Risiko einer Kontamination des primären δ18O-Signals. Trotz des Vorteils von in situ δ18O-Analysen aus Bioapatit gibt es kritische Punkte, die die endgültige Interpretation der Daten beeinflussen könnten: (1) Es scheint einen Offset zwischen den mittels SIMS und IRMS generierten δ18O-Werten zu geben, da SIMS wahrscheinlich nicht nur δ18O freisetzt, das an die PO43- Gruppe gebunden ist. Ob (und wenn ja, in welchem Ausmaß) nicht-PO43- assoziiertes δ18O die endgültigen Werte verfälscht oder ob dieser Offset nur ein Artefakt von Probenalteration ist, muss geklärt werden. (2) Gleichungen zur Rekonstruktion der (Paläo-)meerwassertemperaturen basieren auf Daten von IRMS-Analysen. Aber sind diese Thermometergleichungen auch für SIMS-Daten anwendbar? (3) Um die mittels SIMS ermittelten δ18O-Werte aus Bioapatit zu kalibrieren, wird üblicherweise Durango-Apatit als primärer Isotopenstandard verwendet. Seine Homogenität im δ18O wird generell akzeptiert, aber es gibt auch Zweifel, die diese Annahme in Frage stellen. Dieses Projekt wird die genannten kritischen Aspekte klären. Wir werden ein Phosphat-δ18O-Thermometer für SIMS-Analysen aus Bioapatit kalibrieren und etablieren, um eine präzise Berechnung von Meerwassertemperaturen zu ermöglichen. Für die erfolgreiche Durchführung des Projektes werden Zähne von Haien analysiert, die unter standardisierten Meerwasserbedingungen aufgewachsen sind. Die notwendigen Voraussetzungen sind durch kommerzielle Aquarien gegeben. Warum Haie? Sie sind der ideale Lieferant für marinen Bioapatit, da (1) ihre Zähne hauptsächlich aus Flourapatit bestehen, welches am widerstandsfähigsten gegen sekundäre Alteration ist, und (2) Haizähne kontinuierlich gewechselt werden und somit wichtige Fossilien mariner und terrestrischer Lebensräumen sind. Um die δ18O-Fraktionierung zwischen dem Bioapatit der Zähne und dem Meerwasser zu bestimmen, werden verschiedene Haiarten desselben Aquariums untersucht. Auch der Einfluss von Variationen in Meerwassertemperatur, pH-Wert und δ18O-Zusammensetzung auf verschiedene Haiarten wird anhand von acht Becken aus vier kommerziellen Aquarien ermittelt.Die Ergebnisse sind die Grundlage für die Berechnung der Meerwassertemperaturen in der geologischen Vergangenheit, wobei durch SIMS generierte Sauerstoffisotope von fossilem Bioapatit verwendet werden. Das Projekt ist somit ein wichtiger Beitrag zu einem besseren Verständnis der Interaktion zwischen Atmo-, Hydro- und Biosphäre im Laufe der Erdgeschichte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen