Nyt måleapparat:Kuldioxid som geotermometer

For første gang, det er nu muligt at måle, samtidigt og med ekstrem præcision, fire sjældne molekylære varianter af kuldioxid (CO ₂ ) ved hjælp af et nyt laserinstrument. Den er således i stand til at måle temperaturen under dannelsen af ​​CO ₂ -binding af carbonater og kulstofholdige fossiler helt uafhængigt af andre parametre. Som en ny type geotermometer, det laserspektroskopi-baserede måleapparat er vigtigt for videnskabelige discipliner, der undersøger, for eksempel, klimatiske forhold i Jordens historie. Det blev udviklet af et tysk-fransk forskerhold, med væsentlige bidrag fra miljøfysikere ved Heidelberg Universitet.

Videnskaben studerer fordelingen af ​​atomare byggesten af ​​kuldioxid for at udvikle en bedre forståelse af vigtige geokemiske og biogeokemiske kredsløb samt klimatiske processer på vores planet. Viden om glaciale kolde og interglaciale varme faser i Jordens historie er i høj grad baseret på denne metode. Analysen af ​​den isotopiske fordeling af kuldioxid bruges også til karbonater, hvori CO ₂ er mineraliseret. En ny tilgang indebærer at undersøge den isotopiske fordeling mellem forskellige varianter af det samme molekyle, især sjældne molekylære varianter.

Først i de senere år er det blevet muligt at måle atomsammensætningen af ​​CO ₂ og carbonat ved hjælp af højpræcisions massespektroskopi, sådan at dannelsestemperaturen af ​​carbonatet direkte kan udledes af den relative overflod, ved hvilken multiple varianter af et molekyle forekommer. I termodynamisk ligevægt, fordelingen af ​​isotoper mellem de forskellige varianter afhænger udelukkende af temperatur og er ikke påvirket af andre parametre. "Denne metode har derfor vist sig at være et særligt robust og unikt fysisk termometer inden for geofysik og klimaforskning, " siger Dr. Tobias Kluge, der studerer isotopologernes fysik ved Heidelberg Universitets Institut for Miljøfysik.

For at kvantificere det sjældne CO ₂ varianter med den største præcision - større end 1 ud af 20, 000 - det tysk-franske hold brugte en infrarød laser for første gang, som Dr. Kluge karakteriserer som et grundlæggende teknisk gennembrud. I en pilotundersøgelse af forskellige hydrotermiske systemer i den øvre Rhingrav, forskerne brugte deres nye laserinstrument til at bestemme, på baggrund af CO ₂ , temperaturer, der generelt svarer til det lokale grundvands. "De målte temperaturer var også i overensstemmelse med resultaterne af samtidige massespektrometriske analyser, " forklarer undersøgelsens primære forfatter Ivan Prokhorov, som fik sin doktorgrad på Heidelberg Graduate School of Fundamental Physics i Ruperto Carola og nu er ved National Metrology Institute of Germany (PTB) i Braunschweig.

Ifølge Dr. Christof Janssen fra det franske nationale center for videnskabelig forskning (CNRS) i Paris, dette teknologiske fremskridt kan snart overgå nøjagtigheden af ​​massespektrometri samt forkorte måletider drastisk. Det bør også understøtte feltmålinger i fremtiden. En særlig fordel ved laserinstrumentet er dens direkte adgang til temperaturvariablen, forklarer Dr. Kluge. Bare ved at sammenligne hvor ofte de undersøgte molekylære varianter forekommer, temperaturen på CO ₂ kan entydigt bestemmes, hvorimod massespektrometri altid kræver kalibreringer og regelmæssige standardmålinger. "Vi ser allerede mod fremtiden og arbejder på at udvikle måder at måle endnu sjældnere og indtil videre utilgængelige isotopvarianter på, muliggør kvantitativ måling af endnu mere komplekse biogeokemiske processer, " tilføjer Heidelberg-forskeren.