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Geowissenschaftler*innen der Universitäten Köln und Göttingen entwickeln einen neuartigen geochemischen Ansatz zur Analyse der Landschaftsentwicklung: kosmogenes Krypton, ein seltenes Edelgas, gibt Aufschluss über die Verweildauer von Sedimenten auf der Erdoberfläche / Veröffentlichung in PNAS
Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung der Universität zu Köln hat einen neuen Weg gefunden, zu rekonstruieren, wie sich Landschaften vor Dutzenden Millionen Jahren entwickelt haben und wie lange Sedimente an der Erdoberfläche blieben, bevor sie abgelagert wurden. Die Untersuchung von kosmogenem Krypton in Zirkonmineralen erlaubt es erstmals, Transport- und Verweilzeiten von Sedimenten über Millionen Jahre quantitativ zu erfassen. Kosmogenes Krypton ist ein seltenes Edelgas, das entsteht, wenn kosmische Strahlung Minerale an der Erdoberfläche trifft. Eine Analyse kann daher zeigen, wie lange sich diese Minerale an der Erdoberfläche befanden. Die Studie wurde unter dem Titel „Ancient landscape evolution tracked through cosmogenic krypton in detrital zircon“ in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht. Darin zeigen die Forschenden, dass kosmogenes Krypton in bestimmten winzigen Mineralkörnern genutzt werden kann, um die Landschaftsentwicklung vor rund 40 Millionen Jahren quantitativ zu rekonstruieren.
Die Studie basiert auf Sedimentproben aus mehreren Bohrkernen im Eucla-Becken im Süden Australiens, einem der weltweit bedeutendsten Zirkonvorkommen. Die Forschenden kombinierten Messungen stabiler kosmogener Krypton-Isotope mit der etablierten U-Pb-Datierung von Zirkonen. Die U-Pb-Datierung ist eine Methode, mit der Forschende anhand des natürlichen Zerfalls von Uran zu Blei in widerstandsfähigen Mineralen wie Zirkon bestimmen können, wann diese Minerale vor Millionen oder sogar Milliarden Jahren entstanden sind. Während die U-Pb-Alter hauptsächlich über die Herkunft der Mineralkörner Auskunft geben, erlaubt das kosmogene Krypton Rückschlüsse darauf, wie lange diese Minerale an oder nahe der Erdoberfläche kosmischer Strahlung ausgesetzt waren – ein direktes Maß für Transport-, Speicher- und Erosionsprozesse.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Zirkone teilweise über mehr als eine Million Jahre an der Erdoberfläche verweilten, bevor sie endgültig abgelagert wurden. Besonders auffällig ist eine Phase des Wandels von lange gespeicherten, stark „verwitterten“ Sedimenten aus der Zeit hoher globaler Temperaturen im mittleren Eozän (vor etwa 56 Millionen Jahren bis 34 Millionen Jahren), hin zu dynamischerem Transport mit kürzeren Aufenthaltszeiten danach. Diese Veränderung fällt zeitlich mit Schwankungen des Meeresspiegels und tektonischen Prozessen zusammen und spiegelt einen grundlegenden Umschwung in der Landschaftsdynamik wider. Die Studie macht damit sichtbar, wie eng Klima, Tektonik und Sedimenttransport über geologische Zeiträume miteinander verknüpft sind.
„Die in Köln entwickelte Methode für Kosmogenes Krypton in Zirkonen erlaubt uns erstmals, die Oberflächengeschichte von Zirkon-haltigen Sedimenten in sehr alten geologischen Systemen quantitativ zu erfassen“, sagt Professor Dr. Tibor J. Dunai vom Institut für Geologie und Mineralogie der Universität zu Köln. „Bislang waren solche Studien durch die, im erdgeschichtlichen Maßstab, relativ kurzen Halbwertszeiten anderer, üblicherweise verwendeter kosmogener Nuklide zeitlich begrenzt. “
Langfristig eröffnet die Methode neue Perspektiven für die Erforschung alter, tektonisch stabiler Kontinente, deren Landschaftsgeschichte bislang nur unzureichend quantifizierbar war. Die Forschenden erwarten, dass kosmogenes Krypton künftig auch in anderen Regionen eingesetzt werden kann, um den Einfluss von Klima- und Umweltveränderungen auf die Erdoberfläche über Millionen Jahre hinweg besser zu verstehen.
Presse and Kommunikation:
Jan Voelkel
+49 221 470 2356
j.voelkel@verw.uni-koeln.de
Verantwortlich: Dr. Elisabeth Hoffmann – e.hoffmann@verw.uni-koeln.de
Inhaltlicher Kontakt:
Professor Dr. Tibor Dunai
Institut für Geologie und Mineralogie
+49 221 470 3229
t.dunai@uni.koeln.de
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Geowissenschaften, Meer / Klima
überregional
Forschungsergebnisse
Deutsch
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