Dr. Maximilian Hansen

Projekt:

„Isotopenfraktionierungsprozesse (δ18O und δ13C) bei der Stalagmitenbildung: Systematische Untersuchung mit Laborexperimenten“ 

Die am häufigsten verwendeten Klimaproxies in Speläothemen sind stabile Kohlenstoff- und Sauerstoffisotope (δ13C und δ18O). Diese lassen sich mit sehr hoher Auflösung messen und bieten in Kombination mit der präzisen absoluten Datierung über die 230Th/U-Methode die Möglichkeit zur Paläoklimarekonstruktion mit einer Auflösung von Monaten bis Jahren. Die Interpretation der δ13C- und δ18O-Signale in Bezug auf Temperatur- und/oder Niederschlagsschwankungen in der Vergangenheit ist jedoch komplex. Sowohl die δ18O- als auch die δ13C-Werte hängen von einem komplizierten Zusammenspiel verschiedener Prozesse in der Atmosphäre, dem Boden und Karst über der Höhle sowie auf der Oberfläche des Stalagmiten ab. Eine quantitative Rekonstruktion von Temperatur und Niederschlag war daher bisher nicht möglich.

Wir haben verschiedene neue Laborexperimente entwickelt, um die grundlegenden physikalischen und chemischen Prozesse, die die δ18O- und δ13C-Signale in Stalagmiten beeinflussen, besser zu verstehen. Die Experimente werden unter vollständig kontrollierten Bedingungen, die den Bedingungen in Höhlen sehr ähnlich sind, durchgeführt.

Insbesondere wollen wir den Einfluss der kinetischen Isotopenfraktionierung in Speläothemen quantifizieren und kürzlich veröffentlichte Modellstudien verifizieren und erweitern. Außerdem werden wir die entsprechenden Isotopenfraktionierungsfaktoren und Zeitkonstanten der isotopen-geochemischen (Austausch-)Prozesse quantitativ bestimmen. Weitere Experimente dienen zur Untersuchung der Fraktionierung von „clumped isotopes“ und zur Bestimmung von Verteilungskoeffizienten von Spurenelementen (z.B. Mg, Sr, Ba, P, U) zwischen der Lösung und dem abgeschiedenen CaCO3.

 

Publikationen

Peer reviewed:

Hansen, M., Scholz, D., Froeschmann, M.-L., Schöne, B. R., and Spötl, C., 2017. Carbon isotope exchange between cave air and thin solution films on speleothem surfaces: Artificial cave experiments and a complete diffusion-reaction model. Geochimica et Cosmochimica Acta 211, 28-47.

 

Dreybrodt, W., Hansen, M., and Scholz, D., 2016. Processes affecting the stable isotope composition of calcite during precipitation on the surface of stalagmites: Laboratory experiments investigating the isotope exchange between DIC in the solution layer on top of a speleothem and the CO2 of the cave atmosphere. Geochimica et Cosmochimica Acta 174, 247-262.

 

Hansen, M., Dreybrodt, W., and Scholz, D., 2013. Chemical evolution of dissolved inorganic carbon species flowing in thin water films and its implications for (rapid) degassing of CO2 during speleothem growth. Geochimica et Cosmochimica Acta 107, 242-251.