Die Vermessung der Erdoberfläche im Labor

Gemeinsame Information des Ministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kultur des Landes Brandenburg und des Deutschen GeoForschungszentrums GFZ.

Am 11. Juni ist im Beisein von Prof. Dr.-Ing. Dr. Sabine Kunst, Ministerin für Wissenschaft, Forschung und Kultur des Landes Brandenburg, das neue „Helmholtz-Laboratorium für die Geochemie der Erdoberfläche“ (HELGES) des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ eröffnet worden. In dem Laboratorium sollen die Geologie und chemische Zusammensetzung der Erdoberfläche mithilfe von allerneuesten ultrapräzisen physikalischen Verfahren, wie Massenspektrometrie und Laser-Technik, untersucht werden. Die Finanzierung von insgesamt 4,9 Mio. € für dieses geochemische High-Tech-Laboratorium wurde aus Mitteln der Helmholtz-Gemeinschaft ermöglicht. 

Das Land Brandenburg ist daran mit 10%, der Bund mit 90% beteiligt.) Dazu Forschungsministerin Kunst in ihrem Grußwort: „Mit dem HELGES-Laboratorium wird ein weiterer Schritt in Richtung internationaler Sichtbarkeit des GeoForschungsZentrums getan und auch zur Behebung des Platzmangels hier auf dem Telegrafenberg. Dass das GFZ sprichwörtlich aus allen Nähten platzt, das ist Ergebnis Ihrer exzellenten Arbeit, zu der ich Ihnen an einem so erfreulichen Tag wie heute ganz herzlich gratuliere.“ 

Wie schnell wird Boden durch Erosion abgetragen, wie alt ist eine Gletscherablagerung, wieviel Stoffe tragen die großen Flüsse in die Ozeane? Das  Alter der Erdoberfläche misst sich in Tausenden von Jahren, ihre Änderung geht oft so langsam vor sich, dass sie kaum direkt vermessen werden kann. Daher nutzen die Geowissenschaftlerdie permanente kosmischen Strahlung, der unser Planet ausgesetzt ist. Durch diese Strahlung entstehen bei bestimmten Elementen extrem seltene Isotope, sogenannte „kosmogene Nuklide“, deren konstant vor sich gehende Bildung eine natürliche Uhr darstellt. „Das ultrareine HELGES-Laboratorium erlaubt das Aufspüren einzelner Atome in einem großen Sack voll Flusssand des Amazonas“, erläutert der Leiter des Laboratoriums, Professor Friedhelm von Blanckenburg (GFZ) die Genauigkeit der Messmethoden.

Doch selbst wenn wir wissen, welche Mengen an Elementen (z.B. Magnesium, Eisen, Silicium) an der Erdoberfläche aus Gesteinen herausgelöst und dann zur Bildung von Böden und als Nährstoffe für Pflanzen dienen, verstehen wir die natürlichen chemischen und biologischen Vorgänge bisher zu wenig. Geowissenschaftler spüren diese Prozesse dadurch auf, dass sich die Mengen der in diesen Elementen enthaltenen Isotope ganz geringfügig verschieben. „Diese Verschiebung gibt wie ein ‚chemischer Fingerabdruck‘ Auskunft über die zugrundeliegenden Prozesse, von heute bis weit in die Vergangenheit der Erde“, sagt von Blanckenburg dazu: „Diese winzig kleinen Isotopenverschiebungen sichtbar zu machen, stellt eine gewaltige technische Herausforderung dar. Vergleichbar ist die Vermessung des Umfanges eines unebenen Fussballfeldes auf eine halbe Streichholzlänge genau.“ Eine solche Genauigkeit erreichen die GFZ-Wissenschaftler mit einem hochmodernen ICP-Massenspektrometer. Ihre Messungen führen sie an Proben aus dem Millionen Quadratkilometer abdeckenden Amazonasflusses durch, aber auch an mikroskopisch kleinen Mineralkörnchen, die mit einem am GFZ neu entwickelten, innovativen Femtosekunden-Laserstrahlsystem analysiert werden.

„Mit diesen neuen Techniken verfügt das Deutsche GeoForschungsZentrum über eine weltweit erstklassige Ausrüstung zur Vermessung der Prozesse der Erdoberfläche“, sagt Professor Reinhard Hüttl, Vorstandsvorsitzender des GFZ. „Wir wollen vor allem verstehen, wie unsere Lebensgrundlage, die Böden und Flüsse des Planeten Erde, entstehen und sich verändern. Die stetige natürliche Veränderung wird durch unsere hochempfindlichen Methoden erst sichtbar. Nur mit einem solchen Grundverständnis können wir erst abschätzen, wie groß der menschgemachte Wandel, etwa durch Klimaänderung oder Landnutzung, überhaupt ist und wie darauf zu reagieren ist“.