Wissenschaftler der Universitäten Köln und Göttingen haben einen innovativen geochemischen Ansatz entwickelt, um die Landschaftsveränderungen über Millionen von Jahren zu rekonstruieren. Diese Methode nutzt kosmogenes Krypton, ein seltenes Edelgas, das wertvolle Informationen über die Verweildauer von Sedimenten an der Erdoberfläche liefert. Die Ergebnisse dieser Forschung wurden in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht und könnten weitreichende Implikationen für das Verständnis der geologischen Vergangenheit unseres Planeten haben.
Das internationale Forschungsteam hat es sich zur Aufgabe gemacht, herauszufinden, wie sich Landschaften im Verlauf der letzten 40 Millionen Jahre entwickelt haben und wie lange Sedimente an der Erdoberfläche verweilten, bevor sie abgelagert wurden. Durch die Analyse von kosmogenem Krypton in Zirkonmineralen sind die Forscher in der Lage, die Transport- und Verweilzeiten von Sedimenten quantitativ zu erfassen. Kosmogenes Krypton entsteht, wenn kosmische Strahlung auf Mineralien an der Erdoberfläche trifft, was es möglich macht zu bestimmen, wie lange diese Minerale der Strahlung ausgesetzt waren.
Die Studie basiert auf Sedimentproben, die aus Bohrkernen im Eucla-Becken im Süden Australiens entnommen wurden, einem der bedeutendsten Vorkommen von Zirkonen weltweit. Um die Daten zu analysieren, kombinierten die Forscher Messungen stabiler kosmogener Krypton-Isotope mit der etablierten U-Pb-Datierung, die sich auf den natürlichen Zerfall von Uran zu Blei in widerstandsfähigen Mineralien wie Zirkon stützt. Während die U-Pb-Datierung Aufschluss über das Alter der Minerale gibt, ermöglicht das kosmogene Krypton Rückschlüsse auf die Zeitspanne, während der diese Minerale an oder in der Nähe der Erdoberfläche waren – ein direktes Maß für die Prozesse des Transports, der Speicherung und der Erosion.
Die Untersuchung ergab, dass die Zirkone teilweise über mehr als eine Million Jahre an der Erdoberfläche verweilten, bevor sie abgelagert wurden. Besonders bemerkenswert ist ein Wandel, der in dieser Studie dokumentiert wurde: Es gab eine Phase, in der sich die Landschaft von stark verwitterten Sedimenten aus der Zeit des hohen globalen Temperaturregimes im mittleren Eozän (vor etwa 56 bis 34 Millionen Jahren) hin zu einem dynamischeren Transport mit kürzeren Verweilzeiten entwickelte. Diese Veränderungen stehen im Zusammenhang mit Schwankungen des Meeresspiegels und tektonischen Aktivitäten, was auf einen grundlegenden Umschwung in der Dynamik der Landschaft hinweist.
Die Ergebnisse dieser Studie verdeutlichen die enge Verknüpfung zwischen Klima, tektonischen Prozessen und Sedimenttransport über geologische Zeiträume. Professor Dr. Tibor J. Dunai vom Institut für Geologie und Mineralogie der Universität zu Köln betont die Bedeutung dieser neuen Methode: „Die in Köln entwickelte Technik zur Untersuchung von kosmogenem Krypton in Zirkonen ermöglicht es uns zum ersten Mal, die Oberflächengeschichte von Zirkon-haltigen Sedimenten in sehr alten geologischen Systemen quantitativ zu erfassen.“ Vor dieser Entwicklung waren solche Analysen durch die relativ kurzen Halbwertszeiten anderer häufig verwendeter kosmogener Nuklide zeitlich begrenzt.
Langfristig eröffnet diese Methodik neue Perspektiven für die Untersuchung alter, tektonisch stabiler Kontinente, deren Landschaftsgeschichte bisher nicht ausreichend quantifizierbar war. Die Forscher sind optimistisch, dass kosmogenes Krypton auch in anderen Regionen der Welt angewendet werden kann, um besser zu verstehen, wie Klima- und Umweltveränderungen die Erdoberfläche über Millionen von Jahren beeinflussten. Die Erkenntnisse aus dieser Forschung könnten somit nicht nur zur Rekonstruktion der Erdgeschichte beitragen, sondern auch dazu, die komplexen Wechselwirkungen zwischen geologischen und klimatischen Prozessen zu beleuchten.
