Dienstag, 12. Juni 2012

Vulkanische Gase können Ozonschicht schädigen

GEOMAR-Meteorologin stellt Forschungsergebnisse auf Island vor

Große, vulkanische Eruptionen können die Ozonschicht schädigen. Das haben Wissenschaftler des GEOMAR | Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung anhand von 14 Ausbrüchen der vergangenen 70.000 Jahre auf dem Gebiet des heutigen Nicaragua herausgefunden. Heute stellte PD Dr. Kirstin Krüger vom GEOMAR die Ergebnisse auf einer Konferenz der American Geophysical Union in Selfoss (Island) vor.


Dass große, explosive Vulkanausbrüche wie der des Pinatubo 1991 zeitweise das Klima beeinflussen können, weil sie große Mengen Aerosole in die Atmosphäre schleudern, ist bereits bekannt. Doch Meteorologen und Vulkanologen des GEOMAR | Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel haben jetzt in einem fachübergreifende Projekt herausgefunden, dass einige Eruptionen auch genug Brom- und Chlorgase freisetzen, um die Ozonschicht in der Stratosphäre erheblich zu schädigen. Einen Überblick über die Forschungsergebnisse präsentierte die Meteorologin PD Dr. Kirstin Krüger vom GEOMAR heute in Selfoss auf Island, wo aktuell die Chapman Conference on Volcanism and the Atmosphere der American Geophysical Union (AGU) stattfindet.

„Brom und Chlor sind sogenannte Halogene, die sehr leicht mit anderen Substanzen – speziell Ozon – reagieren“, erklärt Dr. Krüger. „Wenn sie die Stratosphäre erreichen, können sie dort die uns vor UV-Strahlung schützende Ozonschicht ausdünnen“.

Vor diesem Hintergrund hat Dr. Krüger mit mehreren Kollegen beispielhaft 14 große Vulkanausbrüche untersucht, die in den vergangenen 70.000 Jahren auf dem Gebiet des heutigen Nicaragua stattgefunden haben. Dabei kombinierten die Wissenschaftler klassische geologische Feldarbeit mit hochpräzisen geochemischen Laboruntersuchungen. So fanden die Wissenschaftler heraus, dass die Eruptionen nicht nur stark genug waren, um Gase bis in die Stratosphäre (ab 15 Kilometer Höhe) zu transportieren, sondern dass sie das Potenzial hatten, genug Brom und Chlor freizusetzen, um einen starken Einfluss auf die Ozonschicht auszuüben.

Um die insgesamt bei den Eruptionen freigesetzten Gasmengen zu bestimmen, analysierte Dr. Steffen Kutterolf, Vulkanologe am GEOMAR, feinste gasreiche Glaseinschlüsse in Kristallen, die sich bereits vor den Ausbrüchen in den Magmakammern der Vulkane gebildet hatten. Die Ergebnisse verglich er mit Lavagestein, das sich nach den jeweiligen Ausbrüchen gebildet hatte. Um auch Spurengase wie Brom oder Chlor präzise messen zu können, nutzte Dr. Kutterolf dabei erstmals die hochenergetische Strahlung des Deutschen Elektronen-Synchrotrons in Hamburg (DESY) für derartige Analysen.

Aus früheren Modellstudien war bereits bekannt, dass nach großen, explosiven Eruptionen bis zu 25 Prozent der insgesamt freigesetzten Halogene auch die Stratosphäre und damit die Ozonschicht erreichen können. Für die aktuelle Studie nutzen die Wissenschaftler allerdings eine weit vorsichtigere Schätzung, wonach nur zehn Prozent der Halogene bis in die Stratosphäre gelangen.

Trotzdem ergaben die Berechungen, dass die Brom- beziehungsweise Chlorkonzentrationen in der Stratosphäre aufgrund der 14 untersuchten Eruptionen durchschnittlich auf das zwei bis dreifache der Konzentration des Jahres 2011 stiegen. Die Upper Apoyo Eruption entließ vor 24.500 Jahren beispielsweise 120 Megatonnen Chlor und 600.000 Tonnen Brom in die Stratosphäre.

„Wenn eine prähistorische Eruption Brom und Chlor zusammen mit Sulfat-Aerosolen in die Atmosphäre freisetzt, kann das zu einem massiven Ozonabbau führen“, betont die Meteorologin.

Da der Effekt in der Stratosphäre auftritt, kann der Ozonabbau auch große Teile der Erde betreffen. Denn einmal in die Stratosphäre gelangt, werden die Gase dort sehr weit transportiert – sogar bis in die Polarregionen. „Wie stark der chemische Ozonabbau auftritt, ist aber ein Thema für weitere Forschungen“, sagt Dr. Krüger. Vulkanische Gase können bis zu sechs Jahre in der Stratosphäre verweilen, auch wenn die deutlichsten Auswirkungen von großen explosiven Eruptionen wie des Pinatubos innerhalb der ersten zwei Jahre zu beobachten sind.

„Als nächstes muss die Forschung herausfinden, wie viel Schaden vulkanische Gase der Ozonschicht in der Vergangenheit genau zugefügt haben, um daraus abzuleiten, welche Schäden zukünftige Subduktions Eruptionen auch in der Zukunft verursachen könnten“, sagt Dr. Kutterolf.

Andreas Villwock 
Kommunikation und Medien
GEOMAR | Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
via Informationsdienst Wissenschaft

Wie Arten entstehen: Neue Erkenntnisse dank kleinem Fisch

Wenn neue Arten entstehen, entwickelt sich das Erbgut von Lebewesen relativ schnell und äußerst vielfältig auseinander – dabei sind aber bestimmte Muster erkennbar. Dies berichten Forscher der Universität Basel am Beispiel des kleinen Fischs Dreistachliger Stichling, der sowohl in Seen wie auch in Flüssen lebt. Ihre Ergebnisse werden im Wissenschaftsmagazin «Molecular Ecology» veröffentlicht.

Der Dreistachlige Stichling (Gasterosteus aculeatus) ist ein in der nördlichen Hemisphäre häufig vorkommender Fisch, der seit der letzten Eiszeit vor etwa 12'000 Jahren vom Meer her zahlreiche Flüsse und Seen besiedelt hat. Als Folge der unterschiedlichen Anpassung hat der Fisch begonnen, sich in eine See- und Flussform aufzuspalten. Eine solche Differenzierung ist jeweils der erste Schritt der Artbildung, da selbst benachbarte Populationen von See- und Flussstichlingen meist unter sich bleiben und sich geschlechtlich nicht mehr austauschen können. Dies macht den Stichling zu einem hervorragenden Modellsystem der Evolutionsbiologen.

Mittels einer Analyse hunderter von Millionen genetischer Sequenzen des Fisch-Erbguts zeigen die Forscher, dass bereits im Lauf weniger tausend Jahre eine beachtliche Differenzierung des Erbguts stattfinden kann; diese ist auch im Erscheinungsbild der Stichlinge sichtbar. Als Hauptgründe dafür werden see- und flussspezifische Umwelteinflüsse wie auch die reiche genetische Vielfalt vermutet, denn das «genetische Reservoir» verdankt der Stichling seiner ursprünglichen Herkunft aus dem Meer. Im Erbgut der Fische fanden die Forscher nebst kaum differenzierten Regionen zahlreiche Regionen, die sich zwischen den See- und den Flussstichlingen bereits stark unterscheiden. Offenbar stehen zahlreiche, im ganzen Erbgut verteilte Gene unter Selektionsdruck und tragen so zur evolutiven Anpassung bei.

Differenzierungsmuster im Erbgut
Die Studie weist zudem auf ein im ganzen Erbgut charakteristisches Differenzierungsmuster zwischen den See- und Flussstichlingen hin: Die jeweiligen Chromosomen sind in der Mitte im Verhältnis zu den Enden stärker differenziert. Dies weil sich diese mittlere Chromosomen-Region weniger stark durchmischt (Rekombination) und daher im Vergleich isolierter bleibt. Diese Mechanismen könnten bei der Entstehung biologischer Vielfalt von grundlegender und allgemeiner Geltung sein. Die Studie wurde von Marius Rösti im Rahmen seiner Masterarbeit erarbeitet, betreut von Dr. Daniel Berner und Prof. Walter Salzburger des Fachbereichs Zoologie der Universität Basel und in Zusammenarbeit mit Prof. Andrew Hendry der kanadischen McGill University.

Die Frage nach der Entstehung biologischer Vielfalt und damit auch neuer Arten steht seit Charles Darwin unverändert im Zentrum der Evolutionsforschung. Die zugrunde liegenden genetischen Mechanismen sind dabei sehr komplex. Die neue Studie zeigt, dass für die Anpassung einer Population sowohl der Rekombinationshintergrund wie auch Position und Nachbarschaft von Genen im Erbgut entscheidend sind. Als Nächstes werden sich die Basler Forscher unter anderem mit der genauen Bestimmung jener Gene beim Stichling befassen, die für die genetische Anpassung relevant sind.

Originalbeitrag
Marius Roesti, Andrew P. Hendry, Walter Salzburger, and Daniel Berner
Genome divergence during evolutionary diversification as revealed in replicate lake?stream stickleback population pairs
Molecular Ecology, volume 21, 2852-2862 (2012) | doi: 10.1111/j.1365-294X.2012.05509.x


lic. phil. Christoph Dieffenbacher 
Kommunikation & Marketing
Universität Basel
via Informationsdienst Wissenschaft

Was wir schon immer über Diamanten wissen wollten

Wärmeres Klima – kältere Arktis?

Eem-Warmzeit taugt nur bedingt als Modell für aktuellen Klimawandel

Die sogenannte Eem-Warmzeit vor rund 125.000 Jahren wird oft als Vergleich für aktuelle Klimaentwicklungen herangezogen. In der internationalen Fachzeitschrift „Geophysical Research Letters“ veröffentlichen Wissenschaftler aus Mainz, Kiel und Potsdam jetzt jedoch eine Studie, die deutliche Unterschiede zwischen Gegenwart und Eem aufzeigt.
Bei der Frage, wie sich das Klima in der Zukunft entwickeln wird, richten Geowissenschaftler ihren Blick erst einmal in die Vergangenheit. Sie suchen nach Epochen, in denen ähnliche Bedingungen wie heute herrschten. Die damaligen Prozesse fließen dann in Modellrechnungen über mögliche Reaktionen des Erdsystems auf aktuelle Entwicklungen ein. Eine Epoche, auf die dabei oft zurückgegriffen wird, ist die Eem-Warmzeit. Sie folgte vor etwa 125.000 auf die Saale-Vereisung.

Für etwa 10.000 Jahre stiegen damals die Durchschnittstemperaturen auf der Erde deutlich an – wahrscheinlich mehrere Grad über das heutige Niveau. Das belegen unter anderem Eisbohrkerne sowie Untersuchungen an der Pflanzenwelt an Land. Große Teile des Grönlandeises schmolzen ab, der Meeresspiegel lag deutlich höher als heute. „Deshalb eignet sich das Eem scheinbar so gut als Grundlage für Prognosen zum aktuellen Klimawandel“, sagt Dr. Henning Bauch, der für die Akademie der Wissenschaften und der Literatur Mainz (AdW Mainz) am GEOMAR | Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel forscht. In einer Studie, die in der aktuellen Ausgabe der internationalen Fachzeitschrift „Geophysical Research Letters“ erscheint, zeigen Dr. Bauch, Dr. Evgeniya Kandiano vom GEOMAR sowie Dr. Jan Helmke vom Institute for Advanced Sustainability Studies in Potsdam jetzt jedoch, dass sich die Eem-Warmzeit in einem entscheidenden Punkt von den heutigen Verhältnissen unterscheidet – der Entwicklung im Arktischen Ozean.

In der jetzigen Warmzeit, wissenschaftlich Holozän genannt, transportieren Meeres- und atmosphärische Strömungen große Mengen an Wärme in die hohen nördlichen Breiten. Am bekanntesten sind die Ausläufer des Golf- beziehungsweise des Nordatlantikstroms. Sie sorgen nicht nur für angenehme Temperaturen in Nordeuropa, sondern reichen weit bis in die Arktis hinein. Studien der vergangenen Jahre haben ergeben, dass der Wärmetransport Richtung Arktis in jüngster Zeit sogar zugenommen hat, während die Meereisbedeckung im arktischen Sommer immer weiter zurückgeht. Die Forschung ging lange davon aus, dass sich diese Prozesse ähnlich auch vor 125.000 Jahren abgespielten. Demnach müsste die Arktis im Eem während der Sommer komplett eisfrei gewesen sein.

Die Gruppe um Dr. Bauch untersuchte nun Sedimentkerne aus dem Meeresboden, in denen Informationen über die Klimageschichte der vergangenen 500.000 Jahre gespeichert sind. Sie stammen aus dem Atlantik westlich von Irland und aus dem zentralen Nordmeer östlich der Insel Jan Mayen. In diesen Sedimentkernen sind unter anderem die Kalkschalen abgestorbener Kleinstlebewesen (Foraminiferen) enthalten. „Sowohl die Artenzusammensetzung in den jeweiligen Schichten als auch die Isotopenverhältnisse der einzelnen Kalkschalen geben uns Auskunft über die damaligen Wassertemperaturen und -bedingungen“, erklärt Dr. Bauch die Methoden der Klimarekonstruktion.

Die Proben aus dem Atlantik lieferten die Eem-typischen Signale für Temperaturen, die über den heutigen lagen. Die Proben aus dem Nordmeer zeigten aber ein ganz anderes Bild. „Dort fanden sich in den Eem-Schichten vor allem Kälte anzeigende Foraminiferen-Arten. Die Isotopenuntersuchungen der Schalen, in Kombination mit vorherigen Studien der Arbeitsgruppe, deuten auf große Kontraste zwischen den Oberflächen dieser beiden Meeresgebiete“, sagt Dr. Bauch, „offensichtlich war also der atlantische Wärmetransport in die hohen nördlichen Breiten während des Eem viel schwächer ausgeprägt als heute.“ Seine Erklärung: „Die dem Eem vorangegangene Saale-Eiszeit war in Nordeuropa von viel größerer Ausdehnung als die Weichsel-Eiszeit vor unserer heutigen Warmzeit. Deshalb floss wohl beim Abtauen des Eisschildes über einen längeren Zeitraum viel mehr Süßwasser ins Nordmeer. Das hatte drei Folgen: Die nördliche Meeresströmung war abgeschwächt und im Winter konnte sich aufgrund des geringeren Salzgehaltes ausgedehnter Meereis bilden. Im Nordatlantik führte diese Abschwächung gleichzeitig zu einer ,Überhitzung’, da die Wärmezuführung von Süden weiter funktionierte“.

Einerseits gibt die Studie also neue Hinweise zur Rekonstruktion des Klimas während der Eem-Warmzeit. Andererseits hat sie auch Folgen für die aktuelle Klimaforschung: „Offensichtlich liefen entscheidende Prozesse wie der Wärmetransport nach Norden im Eem anders ab. Das müssen Modelle berücksichtigen, wenn sie die zukünftige Klimaentwicklung, gerade auch für die Arktis, auf Grundlage des Eems prognostizieren wollen“, sagt Dr. Bauch.

Originalarbeit:
Bauch, H. A., E. S. Kandiano, J. P. Helmke (2012): Contrasting ocean changes between the subpolar and polar North Atlantic during the past 135 ka. Geophysical Research Letters, 39, 2012, http://dx.doi.org/10.1029/2012GL051800


Andreas Villwock 
Kommunikation und Medien
GEOMAR | Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

via Informationsdienst Wissenschaft

Montag, 11. Juni 2012

Andromeda und die Milchstraße

Die Zukunft unserer eigenen Galaxis scheint klar zu  sein. In ferner Zukunft, in rund 4 Milliarden Jahren,  wird sie mit ihrer Nachbargalaxis, dem Andromeda Nebel kollidieren und schließlich verschmelzen.

Donnerstag, 7. Juni 2012

Mittwoch, 6. Juni 2012

Venus Transit 2012 - Ultra-high Definition View

Für alle, die es verschlafen haben oder denen die Wolken die Sicht versperrten: Der Venus Transit Sicht von Satelliten.

Geo-Video: Wie der Sauerstoff in die Atmosphäre kam

Wie Moskitos im Regen fliegen

Wer hat sich nicht schon gefragt, wie Insekten durch den Regen fliegen können. Dieses Video erklärt es.

Dienstag, 5. Juni 2012

Erster Störfall in der Geschichte der Kernkraft

Ein ungeplanter Zwischenfall am 23. Juni 1942 in einem Labor des Physikalischen Instituts der Universität Leipzig zeigte die ungeheure Kraft und das Potenzial, aber auch die Gefahr der Kernkraft: Als der Physiker Prof. Robert Döpel (1895-1982) seinen Mitarbeiter nach einer Reihe glimpflich verlaufener Experimente mit einer "Uranmaschine" bat, den Einfüllstutzen der Apparatur zu öffnen, passierte es: Ein Uranbrand bildete sich. Was Döpel und seinem Mitarbeiter damals noch nicht bewusst war: Sie hatten gerade den ersten Störfall in der Geschichte der Kernkraft erlebt.

70 Jahre danach erinnert die Universität mit einer öffentlichen Sonntagsvorlesung am 24. Juni an die Uranmaschinen-Versuche von damals.

Zeit: 24.06.2012, 10:00 Uhr bis 13:30 Uhr
Ort: Fakultät für Physik und Geowissenschaften, Großer Hörsaal
Linnéstraße 5
04103 Leipzig

Sonntagsvorlesung (1. Teil)
Ionisierende Strahlung - Die unsichtbare Botschaft aus dem
Inneren radioaktiver Atome
Sonntagsvorträge (2. Teil)
Uranmaschinen-Versuche in Leipzig

Dr. Dietmar Lehmann kennt jedes Detail dieser Experimente. "Sie haben den Beweis erbracht, dass Nuklearenergie erzeugt werden kann", sagt der Kernphysiker, der an der Universität Leipzig tätig war und mittlerweile im Ruhestand ist. Der Vorfall damals geriet wieder ins öffentliche Bewusstsein, als er gemeinsam mit dem Physiker Prof. Christian Kleint Anfang der 1990er Jahre für den Band "Werner Heisenberg in Leipzig. 1927 - 1942" für die Sächsische Akademie der Wissenschaften recherchierte. Sie fanden einen Koffer voller Unterlagen, in denen es unter anderem auch um den Uranbrand im Juni 1942 ging. Diesem Vorfall sei eine Reihe von Experimenten Döpels vorausgegangen, der die Neutronenvermehrung nachweisen und damit die technische Nutzbarmachung von Kernenergie erforschen wollte. Bei einem habe sich der Werkstattmeister die Hand verbrannt, als er im Auftrag des Physikers zwei Esslöffel Uranpulver in ein Aluminiumgefäß streuen wollte. "Auch schon dabei entstand ein Brand", berichtet Dr. Lehmann. Die Kernspaltung selbst - dessen waren sich die Physiker damals bereits bewusst - ist ein Prozess, der sehr viel mehr Energie freisetzt.

Als die Versuche beendet waren, ließ Döpel an jenem 23. Juni 1942 erstmals den Einfüllstutzen der Uranmaschine öffnen. Aus diesem waren ein paar Tage zuvor Gasblasen ausgetreten. Es zischte. Einige Sekunden danach schoss eine Stichflamme aus der Apparatur. Das Uran verbrannte und sprühte Funken. "Das war zu diesem Zeitpunkt nicht erwartet worden", sagt Lehmann. Gerade, als das Feuer drei Stunden später unter Kontrolle schien, entfachte es aufs Neue. Das Kugelgefäß mit dem Uranpulver zersprang. Die Glut des Uranpulvers sprühte sechs Meter in die Höhe. Die Wissenschaftler riefen die Feuerwehr, die den Brand mit Decken und Schaum eindämmte und in der darauf folgenden Nacht eine Brandwache stellte. In der nächsten Nacht überwachten Döpel und seine Kollegen den Brandherd selbst und erst am Tag darauf brannte nichts mehr. Die Wissenschaftler seien damals zwar einer geringen Dosis Strahlung ausgesetzt gewesen. Über gesundheitliche Schäden wurde aber nichts berichtet.

"Natürlich war das der erste Störfall in der Geschichte der Kernkraft", sagt der Dekan der Fakultät für Physik und Geowissenschaften, Prof. Dr. Jürgen Haase. "Die Leipziger Physik hat damals bahnbrechende Forschung auch auf dem Gebiet der Kernphysik betrieben. Dabei kann auch mal etwas passieren", fügt er hinzu. Am 24. Juni 2012 - 70 Jahre nach diesen Ereignissen - berichtet Dr. Lehmann in einer Sonntagsvorlesung im Gebäude der Fakultät in der Linnéstraße 5 über die Uranmaschinen-Versuche in Leipzig. Zuvor spricht der Physiker über "Ionisierende Strahlung - Die unsichtbare Botschaft aus dem Inneren radioaktiver Atome" und führt dazu Experimente vor. Im zweiten Teil der Sonntagsveranstaltung informiert Reinhard Steffler von der Branddirektion Leipzig das Publikum über den Feuerwehreinsatz vom 23. Juni 1942 im Vergleich zu Unfällen in Kernkraftwerken in der jüngeren Geschichte. Im Vortrag erfährt der Zuhörer von der mühevollen Rekonstruktion des damaligen Einsatzes anhand der wenigen vorhandenen Unterlagen.

Susann Huster 
Pressestelle
Universität Leipzig

via Informationsdienst Wissenschaft

Kraftanstrengung für den bedrohten Wikingerschatz vom Oseberg

Norwegische Restauratoren wollen mit Hilfe von Messungen am HZB den Zerfall eines der wichtigsten Kulturgüter aus der Wikingerzeit aufhalten

Forscher vom Kulturhistorischen Museum in Oslo haben in enger Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) Holzgegenstände aus der Wikingerzeit an der Synchrotronquelle BESSY II untersucht. Die Restauratoren erwarten von der zerstörungsfreien Methode wichtige Erkenntnisse, um den Zerfall dieser einzigartigen Kunstobjekte aufzuhalten. Die Holzgegenstände stammen aus einem 1904 aufgefundenen Wikingergrab am Oseberg in der Nähe des Oslo-Fjords.
 
Der Oseberg-Fund gilt als eines der wichtigsten Zeugnisse der Wikingerzeit und ist eine der meist besuchten Sehenswürdigkeiten Norwegens.Allerdings droht nun der Zerfall, weil sich die Holzfasern der Objekte auflösen. Der Grund dafür ist die vor einhundert Jahren in Skandinavien weitverbreitete Konservierungstechnik, mit der Kunstgegenstände behandelt wurden. Nun versuchen Chemiker und Restauratoren des Projektes Saving Oseberg mit internationaler Unterstützung den Nationalschatz Norwegens zu retten.

Mit Messungen an der Synchrotronquelle BESSY II am HZB haben die Restauratoren aus Oslo den Zustand des Holzes untersucht, um Strategien für die zukünftige Konservierung daraus ableiten zu können. „Um den Verfallsprozess der Kulturschätze aufzuhalten, müssen wir sehr genau die chemischen Prozesse analysieren, die das Konservierungsmittel im Holz verursacht hat“, sagt Dr. Hartmut Kutzke, der als Chemiker am Kulturhistorischen Museum in Oslo, das Konservierungsprojekt leitet. Für ihre Untersuchungen nutzten die norwegischen Wissenschaftler die Infrarot-Beamline IRIS. Mithilfe von spektroskopischen Methoden im Infrarot-Bereich konnten die Forscher bei sehr guter Auflösung erkennen, welche chemischen Veränderungen das organische Material aufweist und wie die übereinanderliegenden Lackschichten zusammengesetzt sind, die im Laufe einer über hundertjährigen Konservierungsgeschichte aufgebracht wurden. „Die Methode arbeitet vollkommen zerstörungsfrei. Mit der brillanten Synchrotronstrahlung von BESSY II können wir kleinste Proben, die für das Auge kaum sichtbar sind, punktgenau untersuchen“, beschreibt Dr. Ulrich Schade vom Helmholtz-Zentrum Berlin die Vorteile der Infrarot- Methode.

Der Grabhügel auf der Oseberg-Farm am Oslofjord enthielt neben einem fast vollständig erhaltenen Wikingerschiff zahlreiche Kunstgegenstände. Der Fund aus dem 9. Jahrhundert zählt zu wichtigsten Zeugnissen der Wikingerzeit. Zum Zeitpunkt der Bergung waren die Gegenstände teilweise stark fragmentiert. Restauratoren haben Anfang des 20. Jahrhunderts die einzelnen Holzstücke, unter anderem von vier Zeremonialschlitten und einem -wagen, mit Alaunlösung (Kalium-Aluminium-Sulfat) konserviert. Das Alaun kristallisierte im Holz und stabilisierte dadurch die Holzstruktur. Nach der Behandlung wurden die Fragmente mit Metallstiften und -schrauben zusammengefügt und anschließend mit einer Lackschicht überzogen.

In den letzten zwanzig Jahren bemerkten die Forscher, dass die wertvollen Holzgegenstände des Wikingerfundes zunehmend brüchig wurden. Untersuchungen zeigten, dass das behandelte Holz inzwischen sehr sauer reagierte. Das Alaun, das ursprünglich zur Verfestigung des Holzes eingesetzt wurde, hatte zur kompletten Zerstörung der Zellulose-Fasern, einem wichtigen Hauptbestandteil des Holzes, geführt. „Teile des Wikinger-Schatzes vom Oseberg sind in einem sehr schlechten Zustand. Sie werden teilweise nur noch von den äußeren Lackschichten zusammengehalten“, erklärt Hartmut Kutzke.

Die Forscher untersuchten nun mit Hilfe der Infrarot-Messungen, ob sich auch ein weiterer Holzbestandteil, das Lignin, in seiner Zusammensetzung durch die Alaun-Lösung verändert hat. Auch die Metallstifte und Nägel, mit denen die Holzgegenstände nach der Bergung zusammengefügt wurden, könnten katalytische Prozesse in den wertvollen Holzgegenständen ausgelöst und unbekannte Wechselwirkungen mit dem Alaun und anderen zur Restaurierung verwendeten Materialien verursacht haben. Erste Ergebnisse bestätigen, dass in den betroffenen Gegenständen vom Oseberg keine Zellulose mehr übrig ist und sich das Lignin stark verändert hat. Auf der Mikroebene konnten die Forscher deutliche Unterschiede zu anderem, nicht mit Alaun behandelten archäologischen Holz erkennen.

Aufbauend auf den Ergebnissen wollen die Restauratoren neue Konservierungsmaterialien für archäologisches Holz entwickeln, um den Wikingerschatz vom Oseberg erneut - und dieses Mal nachhaltig - zu konservieren. „Unser Ziel ist es, ein künstliches Holz zu entwickeln. Das kann eine Art Lignin sein, das im Inneren eine neue Holzstruktur bildet“, sagt Projektleiter Kutzke. Diese neuartigen Materialien könnten dann weltweit für die Konservierung von Kulturschätzen aus Holz eingesetzt werden.
 
Dr. Ina Helms 
Lise-Meitner-Campus Wannsee
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Der Unterschied zwischen gut und schlecht geschliffenen Schmucksteinen

Wie entsteht Dolomit?

- Kieler Meeresforscher zeigen Einfluss von marinen Bakterien auf Mineral-Bildung -

Die Entstehung des Minerals Dolomit gibt der Forschung bis heute Rätsel auf. Wissenschaftler des Exzellenzclusters „Ozean der Zukunft“ und des GEOMAR | Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel haben jetzt zusammen mit Kollegen aus der Schweiz und Spanien gezeigt, dass Bakterien die Bildung von Dolomit ermöglichen können. Die Studie ist online in der internationalen Fachzeitschrift „Geology“ erschienen.


Nicht nur in den Dolomiten, sondern weltweit ist Dolomit ein häufig auftretendes Gestein. Es besteht zu über 90 Prozent aus dem gleichnamigen Mineral Dolomit. Erstmals wissenschaftlich beschrieben wurde es bereits im 18. Jahrhundert. Aber wer hätte gedacht, dass die Bildung dieses Minerals bis heute noch nicht vollständig geklärt ist, obwohl Geologen große Ablagerungen des direkt (primär) gebildeten Minerals Dolomit aus den vergangenen 600 Mio. Jahren kennen. Der Prozess der primären Dolomit-Bildung kann heute aber nur in extremen Ökosystemen wie zum Beispiel bakteriellen Matten in stark salzhaltigen Lagunen und Seen dokumentiert werden. „Da diese Systeme räumlich sehr beschränkt sind, gibt es für Geologen eine Erklärungslücke für das weitverbreitete Vorhandensein fossilen Dolomits“, erklärt Dr. Stefan Krause, Geomikrobiologe am GEOMAR | Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel.

Ein Team von Biologen und Geochemikern, die gemeinsam im Exzellenzcluster „Ozean der Zukunft“ forschen, haben nun in Zusammenarbeit mit Kollegen von der ETH Zürich und des Centro de Astrobiología in Madrid ein wenig Licht ins Dunkel dieses wissenschaftlichen Rätsels gebracht. Ihre Erkenntnisse sind vorab in der online-Ausgabe der internationalen Fachzeitschrift „Geology“ erschienen.

In einfachen Laborversuchen mit Bakterien, die Schwefelverbindungen statt Sauerstoff zur Energiegewinnung nutzen (Sulfatatmung) und in marinen Sedimenten global verbreitet sind, konnten die Wissenschaftler die Bildung primärer Dolomitkristalle unter Bedingungen nachweisen, wie sie heute im Meeresboden herrschen. „Das Dolomit fällt ausschließlich innerhalb von Schleimen aus, welche die Bakterien absondern, um Biofilme auszubilden“, berichtet Dr. Stefan Krause, für den diese Studie ein wichtiger Teil seiner Doktorarbeit darstellte. „Innerhalb des Biofilms herrschen andere chemische Verhältnisse als im umgebenden Wasser. Insbesondere spielt hier das veränderte Verhältnis von Magnesium zu Kalzium eine große Rolle. Diese Änderungen ermöglichen die Bildung von Dolomitkristallen“.

Darüber hinaus hat die Studie noch weitere Einblicke geliefert. „Wir konnten nachweisen, dass sich das Verhältnis verschiedener Kalziumisotope zwischen Umgebungswasser, Biofilm und Dolomitkristallen unterscheidet“, erklärt Dr. Volker Liebetrau vom GEOMAR. „Dieses Verhältnis ist für uns ein wichtiges Hilfsmittel zur Rekonstruktion vergangener Umweltbedingungen. Die Tatsache, dass Bakterien in diesen Prozess involviert sind, ermöglicht präzisere Interpretationen von Klimasignalen, die in Gesteinen gespeichert sind.“

Der Nachweis der primären Dolomitbildung durch einen so weit verbreiteten Prozess wie die mikrobielle Sulfatatmung unter Bedingungen, wie sie aktuell im Meeresboden herrschen, gibt neue Einblicke in die Rekonstruktion fossiler Dolomitablagerungen. Doch warum werden solche Ablagerungen von primärem Dolomit heutzutage nicht mehr großflächig im Meeresboden gebildet? „Hier stehen wir immer noch vor einem Rätsel“, erläutert Professor Tina Treude, Leiterin der Arbeitsgruppe am GEOMAR. „Eine Möglichkeit wäre, dass sich massive primäre Dolomite hauptsächlich dann im Meeresboden bilden können, wenn besonders viel organisches Material im Meeresboden von sulfatatmenden Bakterien abgebaut wird. Solche Bedingungen sind gegeben, wenn das Meerwasser über dem Meeresboden frei von Sauerstoff ist. In der Erdgeschichte gab es mehrere solcher sauerstofffreien Perioden im Meer, die teilweise im zeitlichen Einklang mit der Ablagerung von Dolomiten stehen.“

Originalarbeit:
Krause, S., V. Liebetrau, S. Gorb, M. Sánchez-Román, J.A. McKenzie, T. Treude, 2012: Microbial nucleation of Mg-rich dolomite in exopolymeric substances under anoxic modern seawater salinity: New insight into an old enigma. Geology, http://dx.doi.org/10.1130/G32923.1


Andreas Villwock 
Kommunikation und Medien
GEOMAR | Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
Via Informationsdienst Wissenschaft

Geo-Video: Yellowstone: Monitoring the Fire Below

Geo-Video: Moving Mountains

Monitoring Mount Etna -- Magma on the Move

Was sind Methanhydrate?

Wenn es um die Zukunft der Energieversorgung geht, hört man oft von Gashydraten, speziell von Methanhydraten. In diesem Video wird erklärt, was sie sind und wie sie entstehen.

Montag, 4. Juni 2012

Earth from Space: Africa's largest and highest

Klimawandel an der Ostseeküste: Ein neues Handbuch fasst die wichtigsten Ergebnisse zusammen

Der Klimawandel findet statt und kann sich in Zukunft auch an der Ostseeküste beschleunigen. Dies ist Konsens jahrzehntelanger Forschungsaktivitäten im gesamten Ostseeraum. Das Internationale BALTEX-Sekretariat und das Norddeutsche Klimabüro am Helmholtz-Zentrum Geesthacht haben nun die wichtigsten Forschungsergebnisse in dem handlichen Büchlein „Ostseeküste im Klimawandel“ in verständlicher Form zusammengefasst.

Auch an der Ostseeküste ist die Klimaerwärmung bereits deutlich messbar und hat sich schon auf viele Tier- und Pflanzenarten ausgewirkt. Küstenschutz, Tourismus, Fischerei und Landwirtschaft sind nur einige Beispiele für Bereiche, die den Klimawandel an der Ostseeküste in ihrer langfristigen Planung berücksichtigen müssen.

Mit dem neuen Handbuch reagieren die Geesthachter Wissenschaftler auf die steigende Nachfrage der Öffentlichkeit nach wissenschaftlich fundierten und verständlich aufbereiteten Informationen zum Klimawandel im Ostseeraum und stellen diese kostenlos zur Verfügung. Inhaltlich basiert das Handbuch auf dem regionalen Sachstandsbericht zum Klimawandel im Ostseeraum (BACC - Assessment of Climate Change for the Baltic Sea Basin) und Informationsangeboten des Norddeutschen Klimabüros.

Der Klimawandel kann sich künftig auch bei uns beschleunigen
Das Handbuch fasst Forschungsergebnisse der vergangenen Jahrzehnte aus dem Ostseeraum zusammen, wobei die Aussagen so weit wie möglich auf die deutsche Ostseeküste bezogen werden. Deutlich werden die regional sehr unterschiedlichen Änderungen des Klimas.

So ist die Lufttemperatur im Norden seit Anfang des 20. Jahrhunderts um ein Grad Celsius angestiegen, in der südlichen Ostsee um 0,7 Grad Celsius. Schon innerhalb der nächsten 30 Jahre könnte die Lufttemperatur an der deutschen Ostseeküste um weitere 0,5 bis 1,1 Grad Celsius steigen. „Eine Erwärmung dieser Größenordnung hat in der Vergangenheit etwa 100 Jahre gebraucht. Dies verdeutlicht, dass sich auch bei uns künftig die Erwärmung verstärken kann“, so Dr. Insa Meinke, Leiterin des Norddeutschen Klimabüros am Helmholtz-Zentrum Geesthacht.

Bis Ende des Jahrhunderts kann außerdem die jährliche Niederschlagsmenge an der Ostseeküste um bis zu acht Prozent zunehmen, wobei Winter und Frühjahr erheblich feuchter, die Sommer jedoch deutlich trockener werden könnten.
Tiere und Pflanzen reagieren auf Klimaänderungen
Die beschleunigten Klimaänderungen wirken sich auch auf die Tier- und Pflanzenwelt an Land und im Wasser aus. So führen zwar höhere Temperaturen und eine vermehrte Verfügbarkeit von Kohlendioxid zu verbesserten Wachstumsbedingungen für Pflanzen, die erwartete Abnahme der Sommerniederschläge ist während der Wachstumsperiode jedoch nachteilig.

„Bereits heute beobachten wir in vielen Lebensräumen Verschiebungen in der Artenzusammensetzung“, sagt Dr. Marcus Reckermann, Leiter des Internationalen BALTEX Sekretariats. „Auch kommerziell wichtige Fischarten in der Ostsee sind betroffen.“

Bekanntestes Beispiel: Der Dorsch leidet zusätzlich zum Fischereidruck unter der Zunahme sauerstofffreier Zonen und Änderungen in seinem Nahrungsspektrum – beides Faktoren, die letztendlich klimagesteuert sind. Auch die erwartete Abnahme des Salzgehalts im Ostseewasser kann zu Änderungen im Artenspektrum und im Nahrungsnetz führen.

Die Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserqualität der Ostsee und die damit verbundenen Änderungen in den Nahrungsnetzen sind zurzeit Gegenstand internationaler Forschungen.


http://www.hzg.de/public_relations/infomaterial/coastal_climate_research/index.html.de

Dr. Torsten Fischer 
Pressestelle
Helmholtz-Zentrum Geesthacht - Zentrum für Material- und Küstenforschung

via Informationsdienst Wissenschaft
Research Blogging Awards 2010 Winner!
 
Creative Commons License
Amphibol Weblog von Gunnar Ries steht unter einer Creative Commons Namensnennung-Keine kommerzielle Nutzung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 Unported Lizenz.