Kontrollierende Mechanismen der Bildung und Diagenese von Karbonaten

Karbonate beinhalten die bedeutendsten Gesteine für die Rekonstruktion des Systems Erde in Bezug auf die physikalische und chemische Entwicklung der Ozeane sowie Änderungen der Zusammensetzung der Atmosphäre und des globalen Klimas. Die Entwicklung der klimatischen und physikalisch-chemischen Parameter auf den Kontinenten und in den Ozeanen im Verlauf der Erdgeschichte kann über die Analyse von Kenngrößen mariner und festländischer Karbonatarchive rekonstruiert werden. Kenngrößen umfassen Isotopen- und Elementverhältnisse. Karbonate sind jedoch nach ihrer Ablagerung in unterschiedlichem Ausmaß diagenetischen Überprägungen ausgesetzt. Die Diagenese stellt die bedeutendste Herausforderung bei der Verwendung von Karbonatarchiven dar. Die Interpretation von Datensätzen individueller Kenngrößen benötigt ein detailliertes Verständnis über das Verteilungsverhalten von Elementen und Isotopen während der Bildung von Karbonaten. Bisher sind viele der diesbezüglichen Prozesse nur sehr ungenügend verstanden. Dieses Projekt basiert auf experimentellen Ansätzen zur (Um)Bildung von amorphen und kristallinen Karbonaten bei niedrigen und erhöhten Temperaturen, um ein tieferes Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen und Reaktionspfade zu erhalten.

Karbonatminerale und -gesteine sind in marinen und terrestrischen Umfeldern weit verbreitet und vielfältig untersucht, um die Entwicklung des Systems Erde zu rekonstruieren, z. B. anhand von Aufzeichnungen über Klimaveränderungen. Das Auftreten und die Bildung von Karbonaten ist in den meisten Fällen mit Ausfällungen aus wässrigen Lösungen verbunden, wobei das Mineralwachstum auf verschiedenen Wegen und unter unterschiedlichsten physikalisch-chemischen Bedingungen erfolgen kann. So stellen beispielsweise die Bildung amorpher fester Vorläuferphasen und ihre anschließende Umwandlung in kristalline Karbonatminerale Schlüsselprozesse für das Verständnis der Bildung vieler Biominerale dar. Die vorliegende Studie fokussiert sich auf die chemische und isotopische Zusammensetzung von Karbonatmineral und -gesteins Archiven, welche die Bedingungen während der Mineralbildung und/oder einer möglichen Umwandlung oder Überprägung widerspiegeln. Im Rahmen dieses Projektes wurde eine große Anzahl unterschiedlichster Laborexperimente durchgeführt, die zu einem tieferen Verständnis der Reaktionsmechanismen und -pfade für die Bildung von Mg/Ca-Karbonatmineralen und amorphen Vorläuferphasen sowie von hydrothermalen Umwandlungsmerkmalen führten. Wir erkannten und bewerteten steuernde Parameter, welche die Verteilung von element- und isotopenspezifischen Signalen in Karbonaten kontrollieren und die für die Interpretation der Umweltbedingungen während ihrer Bildung, Umwandlung und Überprägung zwingend erforderlich sind. Unsere Forschungsergebnisse haben wichtige Auswirkungen auf die erfolgreiche Verwendung der Spurenelementzusammensetzung und Isotopenverteilungen natürlicher Karbonate als Stellvertreter zur Rekonstruktion von Umweltveränderungen, wie die Entwicklung der Temperatur oder der chemischen Zusammensetzung des Meerwassers in der Vergangenheit; z. B. für die Bewertung des Klimawandels, insbesondere unter Berücksichtigung der Auswirkungen amorpher Vorläuferphasen bei der Biomineralisierung und eventueller nachträglicher Überprägungen. Dieses Projekt ist Teil der Forschergruppe CHARON, an der Experten aus einem breiten Spektrum von Fachdisziplinen (Sedimentologie, Paläontologie, Biologie, Geochemie, Kristallographie und Mineralogie) beteiligt waren. Der detaillierte Forschungsrahmen und die diesbezüglichen Forschungsergebnisse sind durch zahlreiche multidisziplinäre und innovative Ansätze gekennzeichnet, die Feldstudien sowie empirische, experimentelle und modellhafte Arbeiten umfassen, und dargestellt unter https://www.ruhr-uni-bochum.de/charon/charon2/index.html.