Opal-Isotopenlabor

In diesem Labor werden kombinierte Sauerstoff- (δ18O) und Siliziumisotopenmessungen (δ30Si) an biogenem Opal (Diatomeen, Radiolarien, Schwammnadeln) durchgeführt (Abb. 1). Mit der am AWI neu implementierten Methode können Änderungen der Wassermassenstruktur (wie z.B. der Oberflächenwasserschichtung durch Schmelzwassereintrag) und in der Zufuhr des Nährstoffes Silizium und dessen Nutzung in polaren und subpolaren Ozeangebieten (z.B. Südozean, Nordpazifik) auf geologischen Zeitskalen rekonstruiert werden.

Für die Messungen wird reines Diatomeen-, Radiolarien- oder Schwammnadelopal  mit Hilfe aufwendiger Reinigungsschritte separiert und angereichert. Zur Entfernung der Hydroxylgruppen in den Opalstrukturen  wird ca. 2 mg reines Opal bei einer Temperatur von 1100°C dehydriert (Abb. 1c, 2). Die dehydrierten Proben werden anschließend in einer abgeschlossenen Reaktionskammer mit Hilfe eines CO2-Lasers vaporisiert. Durch die Zugabe von BrF5 Gas wird O2 und SiF4 gebildet (Laser-Fluorierung, Abb. 2). An dem freigesetzten O2 werden an einem PDZ Europa 2020 Massenspektrometer δ17O und δ18O Messungen durchgeführt. Das SiF4-Gas wird in Borosilikat-Glasröhrchen überführt. Anschließend wird an dem Gas das Isotopenverhältnis von δ29Si und δ30Si mit einem Finnigan MAT 252 Massenspektrometer gemessen (für detaillierte Beschreibungen siehe Chapligin et al. 2010, Maier et al. 2013, Abelmann et al. 2015).

Diese Methode, mit der δ18O und δ30Si an derselben Probe  gemessen werden kann, wird in enger Zusammenarbeit mit dem Isotopenlabor im AWI Potsdam (Laser-Fluorierung, Sauerstoffisotopenmessungen) eingesetzt. Im Opal-Isotopenlabor am AWI Bremerhaven werden die Probenaufbereitung und die δ30Si Messungen durchgeführt. Eine Anlage zur Laser-Fluorierung und Messung von δ18O befindet sich hier zur Zeit im Aufbau.

Kontakt

Dr. Andrea Abelmann
+49 471 4831 1205
Andrea.Abelmann@awi.de

Dr. Edith Maier
+49 471 4831 1105
edith.maier@awi.de

Abbildung 1. Rasterelektronenmikroskop- Aufnahmen von (A) zwei Diatomeenarten und (B) zwei Radiolarienarten. (C) Schematische Darstellung der Opalstruktur (SiO2*nH2O) mit einer inneren Lage von Tetraedern (Si-O-Si Verbindungen) und einer äußeren wasserhaltige Lage (Si-OH Verbindungen) (Opalstruktur modifiziert nach Perry, 1983). Da die wasserhaltige „äußere Lage“ austauschbaren Sauerstoff enthalten kann, muss eine Dehydration vor der Isotopenanalyse stattfinden.

Abbildung 2. Ablaufschema des Instrumentierungsaufbaus für kombinierte Sauerstoff-und Siliziumisotopenanalysen (von Maier et al. 2013).

Literatur

Abelmann, A. , Gersonde, R. , Knorr, G. , Zhang, X. , Chapligin, B. , Maier, E. , Esper, O. , Friedrichsen, H. , Lohmann, G. , Meyer, H. and Tiedemann, R. (2015) The seasonal sea-ice zone in the glacial Southern Ocean as a carbon sink , Nature Communication, 6 (8136), pp. 1-12 . doi:10.1038/ncomms9136 ,

Chapligin, B., Meyer, H., Friedrichsen, H., Marent, A., Sohns, E., Hubberten, H.-W. (2010). A high-performance, safer and semi-automated approach for the δ18O analysis of diatom silica and new methods for removing exchangeable oxygen. Rapid Communications in Mass Spectrometry 24(17), 2655-2664, doi:10.1002/rcm.4689.

Maier, E., Chapligin, B., Abelmann, A., Gersonde, R., Esper, O., Ren, J., Friedrichsen, H., Meyer, H., Tiedemann, R. (2013), Combined oxygen and silicon isotope analysis of diatom silica from a deglacial subarctic Pacific record. Journal of Quaternary Science 28(6), 571-581, doi:10.1002/jqs.2649.

Perry, C.C. (1989), Chemical Studies of Biogenic Silica, in: Biomineralization: Chemical and Biochemical Perspectives, edited by Mann, S., Webb, J. Williams, R.J.P., VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim, pp. 223-256.