Muscheln liefern klimatische und archäologische Daten
In ihrem Leben bilden Meeresweichtiere eine Schale aus Kalziumkarbonat aus, deren Zusammensetzung von der externen Umwelt beeinflusst wird. Demzufolge stecken in der Zusammensetzung dieser Schalen äußerst detailgenaue Informationen über das Klima. Archäologen, die Schalenreste aus historischen Siedlungen (sog. Muschelhaufen) untersuchen, können Klimaveränderungen rekonstruieren und Erkenntnisse über die Nutzung der Küstenressourcen durch menschliche Siedler gewinnen. Muschelschalenreste, die von Tätigkeiten des Menschen stammen und über 160 000 Jahre alt sind, wurden auf der ganzen Welt gefunden. Doch die wichtigen Informationen, die in ihnen stecken, sind wegen der Abhängigkeit von teurer und arbeitsintensiver Labortechnik praktisch unerreichbar. Da Finanzierung und Arbeitskraft üblicherweise rare Güter sind, arbeiten aktuelle Studien eher mit kleinen und nicht repräsentativen Probengrößen, was zu mangelhafter Robustheit und Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Datensätzen führt. Laseranalyse liefert schnelle Ergebnisse Das im Rahmen von Horizont 2020 EU-finanzierte Projekt ACCELERATE stellt diesen Problemen seine neu entwickelte, schnelle und praktisch kostenlose Analysetechnik für klimatische Aufzeichnungen in Muschelresten entgegen. Die Wissenschaftler nutzten laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIPS), um an Informationen zu gelangen, die in der elementaren Zusammensetzung der Kohlenstoffe in der Schale von Meeresweichtieren erhalten geblieben sind. Zudem etablierten sie einen standardisierten Ansatz für die Anwendung dieser Technik auf küstennahe Ablagerungen von Muschelhaufen. Küstennahe Muschelhaufen sind auf der Welt weit verbreitet und können so groß wie ein Haus oder sogar mehrere Kilometer lang sein. So stellen sie ein riesiges potenzielles Klimaarchiv dar, auf das Wissenschaftler bisher nicht repräsentativ zugreifen konnten. „Zusätzlich zu den klimatischen und ökologischen Informationen aus den Muschelschalen selbst bleiben in den Muschelhaufen archäologische Artefakte und menschliche Gräber aufgrund der chemischen Umwelt, die das Karbonat der Schalen schafft, ausnehmend gut erhalten“, sagt Forscher Dr. Niklas Hausmann. LIPS nutzt Laserimpulse für extrem schnelle chemische Analysen in-situ, die Daten innerhalb von Sekundenbruchteilen liefern. „Wenn das Ergebnis sofort klar ist und man nicht einen Tag oder eine Woche lang warten muss, kann man seine Daten schnell prüfen und wenn nötig die Analyse nochmal wiederholen“, erklärt Dr. Hausmann. „Man kann neue Stichprobenverfahren ausprobieren und da es eine zerstörungsfreie Technik ist, geht einem nie das Probenmaterial aus.“ Größere Stichprobe, bessere Ergebnisse Die schnelle Analyse erlaubte es den Forschern, Stichproben in zwei Dimensionen zu nehmen und die Informationen in der Schale vollständig auszulesen, sodass Veränderungen in den Daten aller Teile der Muschel sichtbar gemacht werden konnten statt nur auf einer kleinen Fläche. „Insgesamt hat der Einsatz von Landkarten die Robustheit unserer Interpretationen verbessert, wodurch die Klimaaufzeichnungen, die bisher nur schlecht verstanden worden sind, für die Forscher jetzt Sinn ergeben“, so Dr. Hausmann. Mit diesen größeren Datensätzen erlaubt ACCELERATE auch die Analyse von Umweltveränderungen innerhalb eines Jahres und wie sie sich auf die in Küstennähe lebenden Wildtiere auswirkten, da jahreszeitlich extreme Bedingungen umfassender erkennbar werden. „Ein sehr heißer Sommer zum Beispiel kann schon ausreichen, um große Populationen auszurotten, doch in einer jährlichen Klimaaufzeichnung wäre er unsichtbar. Außerdem können wir dank der vergrößerten Stichprobe klimatische Auswirkungen auf ganze Populationen, statt für nur ein Tier, betrachten. Oft sind es die schwächeren Tiere, die am meisten leiden und gleichzeitig in Studien übersehen werden, wenn deren Stichprobengröße beschränkt ist“, betont Dr. Hausmann.
Schlüsselbegriffe
ACCELERATE, Muschel, Klima, Muschelhaufen, laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIPS)
