Meerwassertropfen enthalten Spuren einer antiken Welt

May 30, 2023

Meersalz birgt ein Geheimnis: winzige Tröpfchen des Meerwassers, aus dem es stammt, bewahren die geologische Geschichte.

Mebrahtu Weldeghebriel, PhD '22, Postdoktorand an der Princeton University, und der angesehene Professor für Geowissenschaften der Binghamton University, Tim Lowenstein, konnten mithilfe spezieller Geräte, die aus Zuschussmitteln der National Science Foundation stammen, Veränderungen in der Meerwasserchemie in den letzten 150 Millionen Jahren rekonstruieren. Außerdem werden Einblicke in damit verbundene geologische Prozesse und Klimaveränderungen gewonnen. Ihr Artikel „Seafloor Hydrothermal Systems Control Long-Term Changes in Seawater [Li+]: Evidence from Fluid Inclusions“ wurde kürzlich in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Der Ozean „ist wie eine riesige Suppe aus verschiedenen Elementen“, erklärte Lowenstein. „Natrium und Chlorid kommen am häufigsten vor, aber es gibt Dutzende andere, die in Spuren im Meerwasser gelöst sind, wie zum Beispiel Lithium.“

Sie untersuchten Meersalz (Halit), das sich zu verschiedenen Zeiten in den letzten 150 Millionen Jahren in geografisch unterschiedlichen Sedimentbecken in den Vereinigten Staaten, Europa, Asien und Afrika gebildet hat. In den Salzproben befanden sich winzige Taschen, die etwas altes Meerwasser enthielten.

Um an die winzigen Tröpfchen zu gelangen, bohrten die Forscher mit einem Laser Löcher in die Salzkristalle und analysierten anschließend mit einem Massenspektrometer die verschiedenen vorhandenen Spurenelemente. Bei dieser Forschung konzentrierten sie sich speziell auf die Konzentration von Lithium, einem Spurenelement, das in den letzten 150 Millionen Jahren um das Siebenfache zurückging, parallel zu einem Anstieg des Magnesium-zu-Kalzium-Verhältnisses.

Aber warum?

Die Ursache für die langfristigen Schwankungen der Meerwasserzusammensetzung wird seit zwei Jahrzehnten diskutiert. Die Forscher schlugen vor, dass der Rückgang der Lithiumkonzentration im Meerwasser hauptsächlich mit einer verringerten Produktion ozeanischer Kruste und einer verringerten hydrothermischen Aktivität am Meeresboden zusammenhängt, die beide durch die Bewegungen tektonischer Platten beeinflusst werden. Die Verlangsamung der Plattenaktivität in den letzten 150 Millionen Jahren führte dazu, dass weniger Lithium in den Ozean gelangte und weniger Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt wurde, was letztlich zur globalen Abkühlung und der heutigen Eiszeit führte. Um 150 Millionen Jahre zurückgedreht war die Erde ein wärmerer Ort mit mehr Kohlendioxid in der Atmosphäre und mehr Lithium im Meer.

„Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen der Chemie der Ozeane und der Atmosphärenchemie“, sagte Weldeghebriel. „Alle Veränderungen im Ozean spiegeln auch wider, was in der Atmosphäre geschieht.“

Insgesamt hat die Forschung von Weldeghebriel und Lowenstein einen bedeutenden Fortschritt beim Verständnis der Chemie der alten Ozeane der Erde und des Einflusses der Bewegung tektonischer Platten auf die Zusammensetzung der Hydrosphäre und Atmosphäre unserer Erde erzielt. Solche chemischen Veränderungen wirken sich auch auf die Biologie aus, beispielsweise auf die Meereslebewesen, die ihre Panzer aus Kalziumkarbonat bauen.

„Die Ozeane und die Atmosphäre sind miteinander verbunden und es hängt davon ab, wie sie sich verändern“, erklärte Lowenstein. "Alles ist verbunden."