Ozeanographie

³He/⁴He - Isotopenverhältnisse

Aus dem Erdinnern findet ein stetiger Fluß von Helium durch den Ozean und die Atmosphäre in den Weltraum statt. Dieses Helium wurde beim Entstehungsprozess der Erde eingeschlossen und hat ein deutlich anderes Isotopenverhältnis als das Helium in der Erdatmosphäre. Tritt Helium beim Aufbrechen der Erdkruste in ozeanischen Unterwasserrücken aus, so wird es mit der darüberliegenden Wasserströmung mitgerissen. Im Pazifik sind sehr starke Heliumquellen gefunden worden, die dem Pazifik in einer Wassertiefe von ca. 2000m ein Heliumisotopenverhältnis aufprägen. Diese ist gut zu verfolgen und zeigt, wie dieses Wasser durch die Drake Passage in den Atlantik strömt und sich dort verteilt. Das Heliumisotopenverhältnis dient somit als Tracer für Wassermassen.
Mit Hilfe der Untersuchung von Helium im bodennahem Wasser an den Ozeanrücken lassen sich hydrothermale Quellen aufspüren. Mit diesen Quellen werden viele Mineralien und Gase aus dem Erdinnern in den Ozean gegossen.

In Forschungsprojekten haben wir u.a. folgende Fragen mit Hilfe der ³He/⁴He Isotopenverhältnisse untersucht:

• Wie kann man die verschiedenen Quellen des Helium auseinanderhalten?
• Wie gelangt das Helium aus tiefen Zonen des Pazifik in den Atlantik?
• Wo findet man Helium aus hydrothermalen Quellen im Atlantik?
• Wie gelangt Helium aus dem Ozean in die Atmosphäre?

⁴He/²⁰Ne

Das Isotop ²⁰Ne hat keine Quellen im Ozean. Dies bedeutet, dass sämtliches Neon im Ozean aus der Atmosphäre stammen muss und man somit eine Größe hat, mit der auch der atmosphärische Anteil des Helium quantifiziert werden kann. Der nicht-atmosphärische Anteil des 4He in Wasserschichten nahe des Ozeanbodens kann Hinweise auf radiogene Prozesse im Sediment geben und markiert somit dieses Wasser.

Am Rand des antarktischen Kontinents werden zusätzliche Edelgase durch das Schmelzen von Inlandeis in den Ozean eingetragen. Auf Grund der unterschiedlichen Löslichkeit der Gase im Wasser kann man die Spuren im Ozean verfolgen.

²⁰Ne/²²Ne

Variationen im ²⁰Ne/²²Ne-Isotopenverhältnis sind auf Varitionen der Parameter beim Gaseintrag zurückzuführen. Das Verhältnis gibt Informationen über die Qualität der Probennahme, deren Verarbeitung und Messung.

³He/T-Datierung

In das oberflächennahe Wasser der Ozeane auf der Nordhalbkugel ist besonders viel radioaktiver Wasserstoff (Tritium) aus den Kernwaffenversuchen der 1960er Jahre eingetragen worden. Tritium zerfällt mit einer Halbwertzeit von 12,32 Jahren zu ³He, so dass man durch die Messung von Tritium und ³He ein Maß für die Zeit erhält, die seit dem Abtauchen des Wassers von der Ozeanoberfläche vergangen ist. Mit den Altersangaben lassen sich dynamische Prozesse untersuchen. So sind u.a. die Raten der Tiefenwasserbildung und die Sauerstoffzehrung durch biologische Aktivität im Wasser abgeschätzt worden. In der Kombination mit mehreren zeitinformativen Tracern kann man advektive und diffusive Prozesse im Ozean unterscheiden.