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Temperaturmessung im Urzeit-Ozean

Campus Göttingen / Geowissenschaften Temperaturmessung im Urzeit-Ozean

1,4 Tonnen schwer und 1,4 Millionen Euro teuer ist das neue Massenspektrometer des Geowissenschaftlichen Zentrums der Universität Göttingen. Das Team um Prof. Andreas Pack bestimmt mit dem Gerät, von dem es weltweit vier Exemplare gibt, die Temperatur der Weltmeere vor 3,2 Milliarden Jahren.

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Das Team um Prof. Andreas Pack bestimmt mit dem Massenspektrometer unter anderem die Temperatur der Weltmeere vor 3,2 Milliarden Jahren.

Quelle: Heller

Göttingen. Nicht sehr schön, aber stabil gebaut ist das 70er-Jahre-Gebäude Goldschmidtstraße 1. Die mächtigen Stahlbetonträger des Geowissenschaftlichen Zentrums tragen das schwere Messgerät, das Anfang Dezember angeliefert worden ist, problemlos. Mit dem Schwerlastfahrstuhl wurde das in mehrere Teile zerlegte Gerät in den vierten Stock transportiert. Dort baute es das Team der Abteilung Isotopengeologie auf.

„Isotope werden Atome eines Elements genannt, die unterschiedliche viele Neutronen und damit eine unterschiedliche Masse haben“, erläutert Pack. Er untersucht mit seinem Team die Isotope des Sauerstoffs, die in Gestein enthalten ist. Den Sauerstoff gewinnen sie in einem Nebenraum.

„Wir erhitzen ein etwa ein Millimeter großes Gesteinsstück mit dem Strahl eines Kohlendioxidlasers auf bis zu 2000 Grad“, führt Pack aus. Dabei wird der Sauerstoff frei. Die Geologen fangen ein Milliliter des Gases auf und reinigen es aufwendig. Mit dem Edelgas Helium wird es durch eine feine Metallleitung zum Massenspektrometer transportiert.

Der Professor öffnet die Abdeckung des Geräts, um dessen Funktionsweise zu erklären. Hydraulisch hebt sie sich nach oben. Edelstahl blinkt. „Die Gasprobe wird mit einem Elektronenstrahl beschossen, beschleunigt und durch das Feld geschickt, das ein starker Magnet erzeugt“, erläutert der Wissenschaftler. Kollektoren fangen die Gasatome, nach ihrer Masse getrennt, wieder auf.

Beim Sauerstoff ist das Isotop mit der Masse 16 am verbreitetsten“, weiß Pack. Es gibt aber auch die seltenen Sauerstoff-Isotope mit den Massen 17 und 18. Aus dem Verhältnis, in dem sie zueinander stehen, lässt sich der Temperatur ermitteln, die zur Zeit der Entstehung eines Gesteins geherrscht hat.

Derzeit analysiert Packs Team 3,2 Milliarden Jahre altes Gestein, dass es im Sommer während einer Exkursion im Nordosten der Republik Südafrika gesammelt hat. Älteres Gestein findet sich auf der 4,5 Milliarden Jahre alten Erde kaum. „Wir wollen wissen, ob die Ozeane damals tatsächlich 70 Grad heiß waren, worauf einiges hindeutet“, sagt der Geologe.

Das würde helfen, die Entstehung des Lebens besser zu verstehen. Damals begannen Algen im Meer, Photosynthese zu betreiben. Das setzte das Zellgift Sauerstoff frei. Viele der damals existierenden Lebensformen starben aus. Das im Wasser enthaltene Eisen oxidierte und fiel aus. Es entstanden mächtige Erzschichten, die der Mensch heute abbaut.

 

Manhattan-Projekt

Massenspektrometrie ist ein Verfahren, um die Masse von Atomen und Molekülen zu messen. Die ersten solchen Geräte entstanden in den 1910er-Jahren. „Im Zusammenhang mit den Manhattan-Projekt, dem Atomwaffen-Projekt der USA in den 40er-Jahren, wurden eine Reihe Verfahren entwickelt, die die Grundlagen für die heutige Isotopengeologie bildeten“, berichtet Prof. Andreas Pack.

Die Disziplin, die mittels Isotopen-Analysen geologische Prozesse rekonsturiert, wurde von Harold Urey entwickelt. Der Chemie-Nobelpreisträger von 1934 arbeitete beim Manhattan-Projekt mit. Das tat auch die Göttinger Physikerin Maria Göppert-Mayer, die von 1930 an in den USA lebte. Die Physik-Nobelpreisträgerin von 1963 erarbeitete einen Teil des theoretischen Fundaments der Isotopengeologie.

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