Projekt

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CLUMPING LAUSANNE: A REQUEST FOR A REGIONAL FACILITY TO MEASURE CLUMPING IN CARBONATES

Titel Englisch CLUMPING LAUSANNE: A REQUEST FOR A REGIONAL FACILITY TO MEASURE CLUMPING IN CARBONATES
Gesuchsteller/in Vennemann Torsten
Nummer 164032
Förderungsinstrument R'EQUIP
Forschungseinrichtung Institut des dynamiques de la surface terrestre Université de Lausanne
Hochschule Universität Lausanne - LA
Hauptdisziplin Geochemie
Beginn/Ende 01.01.2016 - 31.12.2016
Bewilligter Betrag 266'000.00
Alle Daten anzeigen

Keywords (4)

Geochemistry; Clumping; Mass Spectrometer; Isotopes

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Eine bedeutende neue Entdeckung in der Geochimie der stabilen Isotope ist die thermodynamisch bevorzugte Zusammenfügung zweier schwerer Isotope von Kohlenstoff und Sauerstoff in Kohlendioxyd und Karbonatmolekülen im Vergleich zu einer Normalverteilung aller stabilen Isotope von C und O und deren natürlicher Häufigkeit. Da dieses sogenannte „Clumping“ der schweren Isotope temperaturabhängig ist, ergeben sich neue Perspektiven für Temperaturbestimmungen an fossilen Karbonaten und auch die Bestimmung der Herkunft von atmosphärischem CO2, zum Beispiel der industriellen Herkunft (hohe Temperaturen) oder natürlichen Herkunft. Im Vergleich zu konventionellen Messungen der Isotopenfraktionierung von mindestens zwei koexistierenden Phasen (z.B. Wasser und Karbonat wobei eben das „fossile“ Wasser nicht mehr vorhanden ist!) und der sich daraus ergebenden Temperaturableitung, kann mit der neuen Methode eine Temperaturbestimmung allein anhand von einer Messung des „Clumpings“ bestimmt werden.
Lay summary

Titel des Forschungsprojekts:

Clumping Lausanne: Antrag für eine regionale Einrichtung um die Häufigkeit der Zusammenfügung zweier schwerer Isotope in Karbonat- und CO2/O2-Molekülen zu messen

Clumping Lausanne: une demande d’une installation régionale capable de mesurer le “clumping” des isotopes lourds dans les molécules des carbonates, du CO2 et de l’O2

Ziel des Requip Forschungsprojekts  

Ziel des Projekts ist der Kauf eines neuen Massenspektrometers und einer Extraktionslinie, die diese Art der Messung des Clumpings ermöglichen. Diese neue Einrichtung soll als eine regionale Einrichtung etabliert werden, um Forschungsprojekte der Universität Lausanne sowie auch der Universitäten Freiburg und Genf, und weiteren schweizerischen Hochschulen. Ferner, soll als weiterer Forschungsansatz die Möglichkeit des „Clumpings“ der stabilen Sauerstoffisotope in Silikaten untersucht werden (Massen 32, 33 34, sowie auch 35 und 36 für die Zusammenführung von den schweren O-Isotopen 17O und 18O, neben 16O). Bisherige Messungen an Karbonaten haben gezeigt, dass sich das „Clumping“-Phänomen bis zu Temperaturen von etwa 270 °C messen lässt und über geologisch relevante Zeiten erhalten bleiben kann, es sei denn eine überprägende Diagenese hat zu einer Umkristallisation geführt. Eine Reihe von paläoklimatisch-relevanten Projekten sollen untersucht werden, sowie Anwendung im Bereich der Metamorphose und der Lagerstättenbildung, letztere eben auch als völlig neue Möglichkeiten des Clumpings für Sauerstoff.

 

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Projekts

Das Projekt zielt insbesondere auf ein verbessertes Verständnis der paläoklimatischen Veränderungen, dieses als Schlüssel für die Interpretationen zukünftiger klimatischer Veränderungen. Weiterhin fällt ein Schwerpunkt auf verbessertes Verständnis über Fluid(Wasser)-Gesteins Wechselwirkungen im metamorphosen-hydrothermalen Bereich, dass haisst Lagerstättenbildung und somit der mineralischen Ressourcen.

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 25.05.2016

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Zusammenarbeit

Gruppe / Person Land
Formen der Zusammenarbeit
Dr. E. DeBoever / University of Fribourg Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Forschungsinfrastrukturen
Prof. Dr. E. Verrecchia /University of Lausanne Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Forschungsinfrastrukturen
Dr. S. Spezzaferri / University of Fribourg Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
Prof. A. Foubert, University of Fribourg Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Forschungsinfrastrukturen
Prof. Dr. D. Ariztegui / University of Geneva Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
Prof. Dr. H. Bucher / University of Zürich Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Forschungsinfrastrukturen
Sedimentology Group / University of Lausanne Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Forschungsinfrastrukturen
Mineralogy-Petrology group /University of Lausanne Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Forschungsinfrastrukturen

Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument
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Abstract

One of the most exciting new developments in stable isotope geochemistry over the past decade is the measurement of "isotopic clumping" in molecular CO2 and in crystallized carbonate from which the CO2 is extracted by acid digestion. This "clumping", which refers to the tendency of having the heavy but rare stable isotopes of carbon and oxygen occurring together in the same molecule of CO2 relative to their stochastic abundance within the same phase, is thermodynamically favored (Wang et al., 2004; Eiler and Schauble, 2004). The measurement of isotopic clumping thus has the great advantage over conventional measurements of isotopic compositions of CO2 in that it provides a single-mineral, thermodynamically based geothermometer. There is no need of having a second, oxygen-bearing and co-existing phase present and the measured ?47 values do not require knowledge of the d18O values of the fluid with which the CO2 or carbonate have equilibrated at the time of carbonate crystallization. The only underlying assumption required to validate this geothermometer, and which is common to all thermodynamically based geothermometres, is that the internal isotopic distribution records equilibrium conditions at the time of carbonate crystallization. Given knowledge on the temperature of carbonate crystallization, the isotopic composition of fluids in equilibrium with the carbonate can then also be determined.Measurements of clumping in CO2 open up entirely new research possibilities, not only in the realms of carbonate geothermometry for environmental and paleoenvironmental and -climatic research, but also for research on fluid-rock interactions during diagenesis and low-temperature metamorphism, including primary or secondary exchange with fluids in soils, sediments, or rocks, internal diffusion of C and O in carbonates, research on paleoaltimetry, and also research on epithermal-hydrothermal ore deposits. The Earth and environmental geoscience research community of the universities of Fribourg, Geneva, and Lausanne, has a long-standing interest and proven publication record in applications of stable isotope geochemistry to the above-mentioned research domains and a range of possible future and ongoing research projects are outlined as part of this proposal to support this contention.The rare nature of the heavy C and O stable isotopes does, however, require unconventionally high accuracy and precision for gas source mass spectrometry. Recent technological developments and new measurement and acid-based extraction protocols for CO2 from carbonates, including completely new designs of mass spectrometers, have allowed for significant refinements of the complex measurements of isotopic clumping of CO2, and have clarified inconsistencies between different laboratories and calibrations necessary for the application of this technique. Despite these developments, measurements of the multiply substituted isotopologues of CO2 remain a relatively complex and time-consuming task and require the purchase of new equipment dedicated to such measurements. This proposal request funding to establish a regional facility for the measurements of isotopic clumping. The facility will house a new high-resolution gas source mass spectrometer with 6 dedicated faraday collectors to measure the major and minor masses of the multiply substituted isotopologues of CO2, that is m/z 44 through to 49, with appropriate amplification of signals at the ppm to sub-ppm levels and sufficient abundance stability over long-term measurement periods, as well as a new automated carbonate preparation device that can purify and concentrate the CO2 to be free of contaminant and interfering species at the ppb-level. The new facility will be housed in the Stable Isotope Laboratory of the Institute of Earth Surface Dynamics, University of Lausanne, but will be open to the entire Swiss research community interested in applying measurements of isotopic clumping to address their research questions. While there is already one such facility in Switzerland (at the ETH-Zürich), the different research directions covered, combined with the strong interest of the "carbonate-community" in western Switzerland, and the fact that measurements of isotopic clumping are extremely time-consuming compared to conventional stable isotope analyses, clearly warrant the establishment of a second, regionally accessible facility in Switzerland.Offers for the purchase of the required equipment were obtained from two companies, Nu-Instruments Ltd. and Thermo Fisher Scientific (Schweiz) AG. The investments are quite similar, that is about CHF 522'000 and CHF 563'000, respectively. This proposal requests roughly 50% matching funds, with the balance being paid for by the Faculty for Geosciences and Environment of the University of Lausanne. The newly created Institute of Earth Surface Dynamics will provide the technical support for the maintenance of the facility.
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