Die Entwicklung und Verbesserung von Proxy-Parametern (Proxies)

Abb. 1: Planktische Foraminifere (juv. Orbulina universa) mit Symbionten (Foto: Jelle Bijma/Howard Spero)

Das marine Karbonatsystem ist eine wesentliche Komponente des globalen Kohlenstoffkreislaufs. Aufgrund des CO2-Austauschs an der Luft-Wasser Grenze spielen die Ozeane  durch die Regulation der Menge an atmosphärischem Kohlendioxid eine wichtige Rolle. Somit sind sie eng an Klimaschwankungen gekoppelt. Anthropogene Einflüsse verändern die natürlichen Klimaschwankungen und es ergibt sich die Frage, wie sich die Umweltbedingungen in der Zukunft ändern koennten. Die beste Möglichkeit, Klimamodelle zu validieren bieten Klimarekonstruktionen der Vergangenheit. In Meeressedimenten sind nützliche Informationen über die geologische Geschichte des marinen Karbonatsystems konserviert. Um die Bedingungen im Ozean der Vergangenheit zu rekonstruieren, werden sogenannte "Proxies" benutzt. Das sind messbare Beschreibungen, die eng mit den gewünschten, aber nicht beobachtbaren Zielparametern korreliert sind. Ein Beispiel: das Verhältnis von stabiler Isotopenzusammensetzung und (Spuren-)elementen innerhalb der organischen und anorganischen Masse in Mikrofossilien (wie z. B. Foraminiferen, Abb. 1) erfasst Umweltbedingungen während des Wachstums. Dies kann mit geochemischen Analysen gemessen werden.

Abb. 2: Taucher sammeln lebende Foraminiferen im Ozean (Foto: Bärbel Höhnisch)

Foraminiferen (einzellige Organismen, die eine Karbonatschale bilden) sind einer der wichtigsten "Aufzeichner"-Organismen für Umweltbedingungen der Vergangenheit. Weitere Beispiele für Proxies sind δ18O (für Temperatur und das An- Abschwellen von Eisschollen), Mg/Ca für Temperatur. δ13C kann als Maß für die Stärke der biologischen Pumpe genutzt werden, so wie δ11B ein Proxy für den pH-Wert ist. Nichtsdestotrotz ist die Genauigkeit und Richtigkeit der gemessenen Zielparameter oft durch die Abhängigkeit des Proxies von zusätzlichen Variablen verändert. Die Ausprägung der Art, verschiedene Lebenseinwirkungen, die von abiotischen Faktoren wie Lichtintensität, Nahrungsverfügbarkeit, Karbonatchemie usw. kontrolliert werden, aber auch durch den Lebensprozess des Proxyhalters, wie Atmung, Kalkbildung und Photosynthese von möglichen Symbionten verkomplizieren die Interpretation. Daher sind die Proxy-Verhältnisse nicht so belastbar wie wir uns das wünschen. In-situ Druck- und Kulturexperimente (Abb. 2-3) sowie Feldstudien im Zusammenwirken mit numerischen (Zell-) Modellierungen und ein tiefes Verständnis des Biomineralisations-Prozesses (Abb. 4) ermöglichen es uns, die Mechanismen zu identifizieren, die das grundlegende Verhältnis kontrollieren. Dieses Wissen wird gebraucht, um ein belastbares Proxy-Verhältnis für eine Palaeoklima-Rekonstruktion von hoher Qualität zu entwickeln.

Abb. 3: Benthische Foraminiferen werden unter kontrollierten Bedingungen kultiviert (Foto: Delphine Dissard)
Abb. 4: Nano-SIMS-Aufnahme einer benthischen Foraminifere (Foto: Gernot Nehrke)

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Jelle Bijma