Voor de eerste keer, het is nu mogelijk om te meten, gelijktijdig en met uiterste precisie, vier zeldzame moleculaire varianten van kooldioxide (CO ₂ ) met behulp van een nieuw laserinstrument. Het is dus in staat om de temperatuur te meten tijdens de vorming van CO ₂ -bindende carbonaten en koolstofhoudende fossielen volledig onafhankelijk van andere parameters. Als een nieuw type geothermie, het op laserspectroscopie gebaseerde meetapparaat is belangrijk voor het onderzoeken van wetenschappelijke disciplines, bijvoorbeeld, klimatologische omstandigheden in de geschiedenis van de aarde. Het is ontwikkeld door een Duits-Frans onderzoeksteam, met substantiële bijdragen van milieufysici van de Universiteit van Heidelberg.

De wetenschap bestudeert de verspreiding van atomaire bouwstenen van koolstofdioxide om een ​​beter begrip te krijgen van de belangrijkste geochemische en biogeochemische cycli en klimatologische processen op onze planeet. Kennis over ijskoude en interglaciale warme fasen in de geschiedenis van de aarde is grotendeels gebaseerd op deze methodologie. De analyse van de isotopenverdeling van kooldioxide wordt ook gebruikt voor carbonaten waarin CO ₂ is gemineraliseerd. Een nieuwe benadering omvat het onderzoeken van de isotopenverdeling tussen verschillende varianten van hetzelfde molecuul, vooral zeldzame moleculaire varianten.

Pas de laatste jaren is het mogelijk geworden om de atomaire samenstelling van CO . te meten ₂ en carbonaat met behulp van zeer nauwkeurige massaspectroscopie, zodanig dat de vormingstemperatuur van het carbonaat direct kan worden afgeleid uit de relatieve overvloed waarbij meerdere varianten van een molecuul voorkomen. In thermodynamisch evenwicht, de verdeling van isotopen tussen de verschillende varianten hangt uitsluitend af van de temperatuur en wordt niet beïnvloed door andere parameters. "Deze methode heeft zich daarom bewezen als een bijzonder robuuste en unieke fysieke thermometer in geofysica en klimaatonderzoek, " zegt Dr. Tobias Kluge, die de fysica van isotopologen bestudeert aan het Institute of Environmental Physics van de Universiteit van Heidelberg.

De zeldzame CO . kwantificeren ₂ varianten met uiterste precisie - meer dan 1 op 20, 000 - het Duits-Franse team gebruikte voor het eerst een infraroodlaser, die Dr. Kluge typeert als een fundamentele technische doorbraak. In een pilotstudie van verschillende hydrothermische systemen van de Bovenrijntrog, gebruikten de wetenschappers hun nieuwe laserinstrument om te bepalen, op basis van CO ₂ , temperaturen die over het algemeen overeenkomen met die van het lokale grondwater. "De gemeten temperaturen waren ook consistent met de resultaten van gelijktijdige massaspectrometrische analyses, " legt de hoofdauteur van het onderzoek Ivan Prokhorov uit, die zijn doctoraat behaalde aan de Heidelberg Graduate School of Fundamental Physics aan de Ruperto Carola en nu verbonden is aan het National Metrology Institute of Germany (PTB) in Braunschweig.

Volgens Dr. Christof Janssen van het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek (CNRS) in Parijs, deze technologische vooruitgang zou binnenkort de precisie van massaspectrometrie kunnen overtreffen en de meettijden drastisch kunnen verkorten. Het zou in de toekomst ook veldmetingen moeten ondersteunen. Een bijzonder voordeel van het laserinstrument is de directe toegang tot de temperatuurvariabele, legt dr. Kluge uit. Alleen al door te vergelijken hoe vaak de onderzochte moleculaire varianten voorkomen, de temperatuur van CO ₂ ondubbelzinnig kan worden bepaald, terwijl massaspectrometrie altijd kalibraties en regelmatige standaardmetingen vereist. "We kijken nu al naar de toekomst en werken aan het ontwikkelen van manieren om nog zeldzamere en tot nu toe ontoegankelijke isotoopvarianten te meten, het mogelijk maken van kwantitatieve meting van nog complexere biogeochemische processen, ", voegt de Heidelberg-onderzoeker toe.