Isotope

Mit dem Ziel, das Paläoklima, die atmosphärische Dynamik und geochemische Prozesse in Höhlen zu verstehen, untersuchen wir Sauerstoffisotope in Niederschlägen, Höhlentropfwasser und Speläothemen sowie Multiproxies in Sedimenten und Sekundärkarbonaten.

Wasserisotopologe, d. h. das Verhältnis zwischen dem häufigeren H₂¹⁶O und dem schwereren H₂¹⁸O, sind ein wichtiger Indikator für den Wasserkreislauf. Diese Verhältnisse ändern sich bei Phasenwechseln entlang des Feuchtigkeitspfades von Wasserpaketen und können wichtige Informationen über die Dynamik des Klimasystems liefern. Ein Forschungsschwerpunkt der SPACY-Gruppe ist die Entschlüsselung der vielfältigen Einflüsse auf diese Verhältnisse aus Klimaarchiven wie Speläothemen, Eisbohrkernen, Schelfeis und Holz, aber auch aus der Niederschlags- und Tropfwasserüberwachung.

Forschungsschwerpunkts:

Rekonstruktionen des Paläoklimas und der Paläoumwelt auf der Grundlage von Speläothemen und anderen Höhlenmaterialien
Untersuchung der atmosphärischen Dynamik und der Spuren von (extremen) Wetterereignissen durch Untersuchung der Isotopenzusammensetzung im Niederschlag
Überwachung des Mikroklimas und der geochemischen Bedingungen in der Höhle und ihrer Umgebung
Auswirkungen des Klimas auf die Isotopenzusammensetzung des Regenwassers von Tübingen und anderen Standorten in Süddeutschland
Erforschung weltweiter Isotopendaten in Datenbanken (SISAL, Iso2k, etc.) und Vergleich mit Klimamodellen

Weitere Informationen über unsere Arbeit und Ideen für Abschlussarbeiten

Laufende Arbeit und Methoden

Um bei diesen Forschungsfragen voranzukommen, gibt es zwei Hauptansätze:

Labor (Eindrücke hier):

Einrichtung einer Wetterstation auf dem Institutsgebäude des GUZ, die es uns ermöglicht, Wetterparameter und -ereignisse aktiv zu überwachen.
Sammlung von Niederschlag in und um Tübingen und Analyse der Isotopenzusammensetzung mit dem Ziel, eine offizielle Regenwasser-Probenstation einzurichten, die Daten an das Global Network of Isotopes in Precipitation (GNIP) liefert.
Paläoklima-Rekonstruktion anhand von Stalagmiten aus dem mittleren Westen Brasiliens
Überwachung von Höhlen in tropischen Höhlen
Klima- und Wasserisotopenmonitoring auf der Schwäbischen Alb und ihrem Karstsystem
Analyse unserer Proben im Labor mit einer Vielzahl von Methoden und Geräten, z.B. einem Cavity-Ring-Down-Spektrometer

Analyse:

Analyse großer Datenbanken mit Aufzeichnungen von Sauerstoffisotopen (z. B. iso2k [1] oder SISALv2 [2]) und Vergleich der Ergebnisse mit den Ergebnissen von isotopenfähigen allgemeinen Zirkulationsmodellen. Dieser Modell-Daten-Vergleich kann Diskrepanzen zwischen Modell und Daten aufdecken [3].
Paläoklima-Datenassimilation mit Isotopendaten aus Proxy-Aufzeichnungen und isotopenfähigen GCMs, um auf vergangene (Hydro-) Klimafelder zu schließen. Mit dieser Methode arbeiten wir derzeit an einer Reanalyse des letzten Jahrtausends, die sowohl Isotopen- als auch Nicht-Isotopen-Proxydaten umfasst.

Projekte für Abschlussarbeiten und Zusammenarbeiten

Wenn Sie daran interessiert sind, in unserem Forschungsteam mitzuarbeiten, können Sie uns wie hier beschrieben kontaktieren.

Im Rahmen unserer Forschungsarbeit bieten wir derzeit Abschlussarbeiten / HiWi-Projekte an zu:

Bau eines automatischen Regenwassersammlers für das GUZ-Institut: damit können wir bestimmte Wetterereignisse abfragen und z.B. per Fernsteuerung Kurzzeitproben sammeln (B.Sc. oder M.Sc.)
Implementierung und Verbesserung der IT-Schnittstelle für die Wetterstation: wir wollen eine aktive Benutzerschnittstelle auf der Institutswebseite einrichten und Live-Wetterdaten auf den GUZ-Monitor in der Eingangshalle streamen (HiWi-Projekt)
Geochemische Analyse von Wasser und modernen Speläothemen aus dem Höhlenmonitoring
Durchführung eines Höhlenmonitorings im Gebiet der Schwäbischen Alb

Wenn Sie sich für andere Ideen im Zusammenhang mit Wasserisotopen interessieren, schauen Sie sich die Arbeit unserer Teammitglieder zur Klimamodellierung an, die auch an der Entwicklung und Abstimmung isotopengestützter Modelle oder am Verständnis der Variabilität des Hydroklimas und stabiler Wasserisotope im Forschungsbereich Klimavariabilität auf verschiedenen Zeitskalen arbeiten.

Literatur

[1] Konecky, L., et al. "The Iso2k database: a global compilation of paleo-δ18O and δ2H records to aid understanding of Common Era climate." Earth System Science Data 12.3 (2020): 2261-2288, DOI: 10.5194/essd-12-2261-2020

[2] Comas-Bru, L, et al. "SISALv2: a comprehensive speleothem isotope database with multiple age–depth models." Earth System Science Data 12.4 (2020): 2579-2606, DOI: 10.5194/essd-12-2579-202

[3] Bühler, J. C., et al. "Comparison of the oxygen isotope signatures in speleothem records and iHadCM3 model simulations for the last millennium." Climate of the Past 17.3 (2021): 985-1004, DOI: 10.5194/cp-17-985-2021

Mehr

Novello, V. F. et al. “Investigating d13C values in stalagmites from tropical South America for the last two millennia.” Quaternary Science Reviews 255, (2021): 106822, DOI: 9.1016/j.quascirev.2021.106822.

Novello, V. F. et al. “Vegetation and environmental changes in tropical South America from the last glacial to the Holocene documented by multiple cave sediment proxies.” Earth and Planetary Science Letters 524 (2019), 115717, DOI: 10.1016/j.epsl.2019.115717.

Novello, V. F. et al. “A high-resolution history of South American Monsoon from Last Glacial Maximum to the Holocene.” Scientific Reports 7 (2017), 44267, DOI: 10.1038/srep44267.

Sekhon, N. et al. (2020). “Diurnal to seasonal ventilation in Brazilian caves.” Global and Planetary Change 147, (2020), 103378, DOI: 1016/j.gloplacha.2020.103378.

Moquet, J. S. et al. “Calibration of speleothem d18O records against hydroclimate instrumental records in Central Brazil.” Global and Planetary Change 139, (2026) 151-164.

Lachniet, Matthew S. "Climatic and environmental controls on speleothem oxygen-isotope values." Quaternary Science Reviews 28.5-6 (2009): 412-432.

Dansgaard, W. "Stable isotopes in precipitation." tellus 16.4 (1964): 436-468.