Die Quantifizierung globaler Sedimentkreisläufe ist eine wichtige Grundlage für das Verständnis, wie sich Landschaften entwickeln und wie schnell sie sich verändern. Wir verfolgen den Weg der Sedimente von ihrer Entstehung im Gebirge über den Prozess der Erosion bis hin zu ihrer Ablagerung im Tiefland, wo sie fruchtbare Böden bilden, und in den Ozeanen, wo Nährstoffe freigesetzt werden.

Zwei zentrale Fragen in unserer Forschung sind 1) wieviel Sediment über Zeiträume von tausenden Jahren im Hochland durch Erosion produziert wird und wieviel davon durch das Tiefland geschleust wird und den Ozean erreicht, und 2) wie lange das Sediment im Tiefland eingelagert wird, da es während der Lagerung seine chemische Zusammensetzung verändern kann. Die kosmogenen Nuklide sind unser wichtigstes Instrument zur Beantwortung dieser Fragen. Mit „in situ“ produziertem ¹⁰Beryllium (¹⁰Be) messen wir die Denudationsraten in Flusssedimenten (Frage 1), und mit meteorischem ¹⁰Be können wir die Einlagerungszeit von Sediment im Tiefland bestimmen (Frage 2). Auf globaler Ebene und in tiefer Zeit aus geologischen Archiven großer Entwässerungssysteme wie dem Amazonas oder dem Ganges oder in den Ozeanen angewandt, können global relevante Sedimentumsatzraten und deren Integrationszeitraum so bestimmt werden.

Die Messung in situ-produzierter kosmogener Nuklide in Flusssedimenten erlaubt es die Abtragungsrate großflächig für gesamte Flusseinzugsgebiete zu ermitteln. Die so ermittelte langfristige Sedimentproduktion im Amazonasgebiet beträgt ca. 0.6 Milliarden Tonnen. Diese Zahl ist, im Rahmen der Unsicherheiten, fast identisch mit der Menge an Sediment aus Schwebstoffmessungen, die in den Atlantik transportiert wird. Ein Auffangbecken für Sediment ist der Amazonas heute also eher nicht. Überraschend sind auch Hinweise darauf, dass die Sedimentmenge anscheinend nur wenig mit großen Klimaveränderungen oder mit der durch den Menschen steigenden Landnutzung schwankt. Forscher vermuten, dass die große Überflutungsebene des Amazonas diese Schwankungen im Sedimenttransport über die verschiedenen Zeitskalen „abfedert“- man könnte den Amazonas daher als den weltweit größten Stoßdämpfer bezeichnen.

Um die Einlagerungszeit des Sediments zu bestimmen messen wir meteorisches ¹⁰Be, also dasselbe Nuklid wie in situ-¹⁰Be, nur dass dieses durch kosmogenen Strahlung anstatt im Mineral selber in der Atmosphäre produziert wird. Der Anstieg in der Konzentration von meteorischem 10Be entlang von Flusssystemen von den Liefergebieten in den Bergen bis hin zur Überflutungsebene ist proportional zur Einagerungszeit. Zusätzlich kann aus der im Liefergebiet gemessenen meteorischen ¹⁰Be Konzentration eine Erosionsrate gemessen werden. Zusammen mit dem stabilen ⁹Be, einem Spurenelement welches während der Verwitterung von Gestein freigesetzt wird, kann über das ¹⁰Be(meteorisch)/⁹Be Verhältnis eine Denudationsrate ausgerechnet werden. Denudation definieren wir als die Summe aus physikalischer und chemischer Verwitterung. Meteorisches Be ist somit ein sehr vielseitiger Tracer für Erdoberflächenprozesse, den wir ständig weiterentwickeln.