Præcis klimadata fra fortiden

Koraller udfælder deres kalkskeletter (calciumcarbonat) fra havvand. Gennem tusinder af år, store koralrev dannes på grund af aflejringen af ​​dette calciumcarbonat. Under nedbør, koraller foretrækker carbonatgrupper, der indeholder specifikke varianter af oxygen (kemisk symbol:O). For eksempel, jo lavere vandtemperaturen er, jo højere overflod af en variant med tung ilt, kendt som isotop ¹⁸ Åh, i det udfældede carbonat. Desværre, det ¹⁸ O overflod af havvandet påvirker også overflod af ¹⁸ O i calciumcarbonatet - og bidraget af ¹⁸ O fra havvand kan ikke opløses ved bestemmelse af temperaturer baseret på karbonat ¹⁸ O overflod alene.

Et stort skridt fremad var opdagelsen af, at den isotopiske sammensætning af det udfældede carbonat tillader temperaturbestemmelser uafhængigt af vandets sammensætning, hvis mængden af ​​en specifik, meget sjælden carbonatgruppe måles. Denne carbonatgruppe indeholder to tunge isotoper, en tung carbonisotop (13C) og en tung iltisotop ( ¹⁸ O), som omtales som 'klumpede isotoper.' Klumpede isotoper er mere rigelige ved lavere temperaturer.

Imidlertid, selv med denne metode var der stadig et problem:Selve mineraliseringsprocessen kan påvirke inkorporeringen af ​​tunge isotoper i calciumcarbonatet (kinetiske effekter). Hvis uidentificeret, bias indført af sådanne kinetiske effekter fører til unøjagtige temperaturbestemmelser. Dette gælder især for klimatiske arkiver som koraller og hulekarbonater.

En international forskergruppe ledet af professor Jens Fiebig ved Institut for Geovidenskab ved Goethe Universitet Frankfurt har nu fundet en løsning på dette problem. De har udviklet en meget følsom metode, hvorved - udover carbonatgruppen indeholder ¹³ C og ¹⁸ O – en andens overflod, endnu sjældnere carbonatgrupper kan bestemmes med meget høj præcision. Denne gruppe indeholder også to tunge isotoper, nemlig to tunge iltisotoper ( ¹⁸ O).

Hvis de teoretiske mængder af disse to sjældne carbonatgrupper plottes mod hinanden i en graf, temperaturens indflydelse er repræsenteret ved en ret linje. Hvis, for en given prøve, de målte mængder af de to tunge carbonatgrupper producerer et punkt væk fra den rette linje, denne afvigelse skyldes påvirkningen fra mineraliseringsprocessen.

David Bajnai, Fiebigs tidligere ph.d. studerende, anvendte denne metode til forskellige klimatiske arkiver. Blandt andre, han undersøgte forskellige koralarter, hulekarbonater og det fossile skelet af en blækspruttelignende blæksprutte (belemnit).

I dag, Dr. Bajnai er post-doc forsker ved universitetet i Köln. Han forklarer:"Vi var i stand til at vise, at - ud over temperatur - også mineraliseringsmekanismerne i høj grad påvirker sammensætningen af ​​mange af de karbonater, som vi undersøgte. I tilfælde af hulekarbonater og koraller, de observerede afvigelser fra den eksklusive temperaturkontrol bekræfter modelberegninger af de respektive mineraliseringsprocesser udført af Dr. Weifu Guo, vores samarbejdspartner ved Woods Hole Oceanographic Institution i USA. Den nye metode, for første gang, gør det muligt kvantitativt at vurdere indflydelsen af ​​selve mineraliseringsprocessen. Denne måde, den nøjagtige temperatur for carbonatdannelse kan bestemmes."

Professor Jens Fiebig er overbevist om, at den nye metode rummer et stort potentiale:"Vi vil yderligere validere vores nye metode og identificere klimatiske arkiver, der er særligt velegnede til en nøjagtig og meget præcis rekonstruktion af tidligere jordoverfladetemperaturer. Vi agter også at bruge vores metode til at studere den effekt, som menneskeskabt havforsuring har på carbonatmineralisering, for eksempel i koraller. Den nye metode kan endda give os mulighed for at estimere pH-værdierne for tidligere oceaner." Hvis alt dette lykkes, genopbygningen af ​​miljøforhold, der herskede gennem Jordens historie, kunne forbedres væsentligt, tilføjer han.