Was passiert unter der Erdoberfläche? Gibt es dort Leben? Und wie entsteht eigentlich Boden aus Gestein?

Im Rahmen von „DeepEarthShape“ sind Projekte aus den Bereichen Geochemie, Mikrobiologie, Geophysik, Geologie und Biogeochemie beteiligt, die gemeinsam die Verwitterungszone tief unter der Erdoberfläche untersuchen. Im Geochemie-Projekt werden die chemischen Veränderungen dieser Verwitterungszone mittels innovativer isotopenchemischer Methoden erforscht. Dieses Projekt ist Teil des DFG-geförderten Schwerpunktprogramms "EarthShape: Earth Surface Shaping by Biota" (SPP 1803).

Durch Bohrungen in den vier primären „EarthShape“-Untersuchungsgebieten ist ein zusammenhängender und störungsfreier Einblick in die obere Erdoberfläche möglich. Die erhaltenen Bohrkerne zeigen eine Sequenz vom Boden -  über stark verwitterten Saprolith bis hin zu unverwittertem Grundgestein. Die unterschiedlichen klimatischen Gegebenheiten an den Standorten bieten die Möglichkeit, Verwitterung und Verwitterungsintensität in Bezug auf die Niederschlagsmenge und Pflanzenbedeckung zu untersuchen.

Überraschend ist die große Tiefe der Verwitterung in dem Chilenischen Küstengebirge: die Basis der Verwitterung, die Verwitterungsfront, findet man an einigen Standorten erst in 80 m Tiefe! 

Die Bohrkerne werden mit geochemischen Methoden untersucht, um Veränderungen der chemischen und mineralogischen Zusammensetzung festzustellen. Die elementare Zusammensetzung des Gesteins ermöglicht die Berechnung von Verwitterungsindikatoren, die den Grad der Verwitterung anzeigen. Eisenoxidation als erster Verwitterungsprozess ist ein Indikator für die Tiefe der Verwitterung. Weiterhin werden auch petrophysikalische Parameter wie Dichte und Porosität sowie die spezifische Oberfläche gemessen. Um die Tiefe der Infiltration von Niederschlagswasser in den Untergrund zu bestimmen, nutzen wir meteorisches kosmogenes ¹⁰Be und dessen Verhältnis zu stabilem ⁹Be, das wie ein Proxy für die Verwitterung ist. Dieser völlig neuartige Proxy für Wasserinfiltration gibt Auskünfte darüber, bis zu welcher Tiefe Niederschlagswasser am Verwitterungsprozess beteiligt ist. Mögliche Transportwege für die Infiltration bilden dabei tektonische Brüche, durch Verwitterung entstandene Brüche sowie die verbundene Porosität des Gesteins.

Weiterhin werden wir mit der innovativen Kombination von Uran-Zerfallsreihenanalysen (Bestimmung der Geschwindigkeit, mit der die Verwitterungsfront in die Tiefe vorrückt) und in situ produziertem kosmogenem ¹⁰Be (Bestimmung der Abtragungsrate der Oberfläche) das Gleichgewicht zwischen der Produktion von verwittertem Material in der Tiefe und dem Verlust durch Abtragung an der Oberfläche bestimmen.

Projektlaufzeit

• 2018 - 2023

Finanzierung

• DFG SPP 1803: „EarthShape: Earth Surface Shaping by Biota“

Publikationen

• Deep weathering in the semi-arid Coastal Cordillera, Chile,  https://doi.org/10.1038/s41598-021-90267-7
• Dazugehörige Datenpublikation "Physical and geochemical data on a drill core from the semi-arid Coastal Cordillera, Chile" https://doi.org/10.5880/GFZ.3.3.2021.002