Um die Entwicklung des Klimas besser zu verstehen, untersuchen Wissenschaftler, welche Temperaturen in der Vergangenheit geherrscht haben. Meerestemperaturen werden meist rekonstruiert, indem das Verhältnis von zwei verschiedenen Sauerstoffisotopen in den Resten von Fossilien analysiert wird. Die Isotopenzusammensetzung wird jedoch nicht nur durch Temperatur beeinflusst, sondern auch durch eine Kombination biologischer Prozesse. Um die Entwicklung des Klimas besser zu verstehen, untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, welche Temperaturen in der erdgeschichtlichen Vergangenheit geherrscht haben. Meerestemperaturen werden meist rekonstruiert, indem das Verhältnis von zwei verschiedenen Sauerstoffisotopen in den Kalziumkarbonatresten von Fossilien analysiert wird. Die Isotopenzusammensetzung wird jedoch nicht nur durch Temperatur beeinflusst, sondern auch durch eine Kombination biologischer Prozesse.

Ein Forschungsteam unter Leitung der Universität Göttingen hat nun gezeigt, wie die Häufigkeit eines dritten, sehr seltenen Sauerstoffisotops Aufschluss darüber geben kann, ob die Isotopenzusammensetzung ausschließlich durch die Temperatur beeinflusst wurde oder ob auch biologische Prozesse eine Rolle spielten. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Geochemical Perspective Letters veröffentlicht.

Analysen der Universität Göttingen decken Temperaturen der Vergangenheit auf

Die harte Struktur der Korallen, das so genannte „Korallenskelett“, besteht aus Kalziumkarbonat, demselben Material, aus dem auch Kalksteine bestehen. Korallen nehmen, wie alle Meeresorganismen, selektiv verschiedene Formen von Sauerstoffisotopen auf. Einige sind leichter und andere schwerer. Bei niedrigeren Wassertemperaturen wird eine größere Menge des schweren Sauerstoffisotops in die Karbonatstrukturen eingebaut. Durch die Analyse des Verhältnisses zwischen dem schweren Sauerstoff-18-Isotop und dem leichten Sauerstoff-16-Isotop in Karbonaten können Forschende die Umgebungstemperaturen des Meerwassers in der fernen Vergangenheit der Erde berechnen.

Einige Karbonate, wie zum Beispiel Korallenskelette, führen in der Analyse jedoch zu irreführenden Ergebnissen, da ihre Sauerstoffisotopenzusammensetzung auch durch biologische Prozesse beeinflusst wird. Die Forschenden haben nun entdeckt, dass ein drittes, sehr seltenes Isotop (Sauerstoff-17) verwendet werden kann, um diese biologischen Prozesse zu korrigieren. Dadurch können die Forschenden nun die Temperaturen der Ozeane in der Vergangenheit genauer bestimmen und erhalten außerdem bessere Einblicke in die Biomineralisierungsprozesse der verschiedenen Korallenarten. Die Messung dieses seltenen Sauerstoff-17-Isotops in Karbonaten, in der Wissenschaft als Triple-Sauerstoffisotopenanalyse bekannt, ist sehr kompliziert. Das Labor für stabile Isotope an der Universität Göttingen gehört zu den wenigen weltweit, die solche Analysen durchführen können. Das Labor nutzt dafür ein hochmodernes Instrumentarium, die sogenannte abstimmbare Diodenlaser-Absorptionsspektroskopie.

„Wir haben Korallen für unsere Studie verwendet, da wir ziemlich viel über die Prozesse wissen, mit denen sie ihre Skelette aufbauen“, sagt Dr. David Bajnai vom Geowissenschaftlichen Zentrum der Universität Göttingen, der die Studie geleitet hat. „Wir freuen uns darauf, dieses Konzept auf andere Organismen anzuwenden, die üblicherweise zur Erforschung des vergangenen Klimas auf der Erde verwendet werden. Wir hoffen, dass Triple-Sauerstoffisotopenanalysen bisher unbrauchbare Datensätze für die Paläoklimaforschung erschließen und genauere Klimarekonstruktionen ermöglichen, die weiter in die Vergangenheit zurückreichen.“

Professor Dr. Daniel Herwartz von der Universität Bochum fügt hinzu: „Wir konnten auch zeigen, dass dreifache Sauerstoffisotopenanalysen Aufschluss über die verschiedenen Prozesse geben können, die wir unter dem Begriff ‚biologische Prozesse‘ zusammenfassen. Für Korallen können wir nun bestätigen, dass der Hauptprozess mit einem chemischen Prozess namens CO2-Absorption zusammenhängt, den wir unabhängig davon in Experimenten untersucht haben. Solche fortschrittlichen Techniken helfen uns, neue Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie Organismen ihre härteren Strukturen aufbauen.“