Re-Os isotope and highly siderophile element systematics of the Parana continental flood basalts (Brazil)

Basalts of the Parana continental flood basalt (PCFB) province erupted through dominantly Proterozoic continental crust during the Cretaceous. In order to examine the mantle source(s) of this major flood basalt province, we studied Os, Sr, Nd, and Pb isotope systematics, and highly siderophile element (HSE) abundances in tholeiitic basalts that were carefully chosen to show the minimal effects of crustal contamination. These basalts define a precise Re-Os isochron with an age of 131.6 +/- 2.3 Ma and an initial Os-187/Os-188 of 0.1295 +/- 0.0018 (gamma Os-187 = +2.7 +/- 1.4). This initial Os isotopic composition is considerably more radiogenic than estimates of the contemporary Depleted Mantle (DM). The fact that the Re-Os data define a well constrained isochron with an age similar to Ar-40/Ar-39 age determinations, despite generally low Os concentrations, is consistent with closed-system behavior for the HSE. Neodymium, Sr, and Pb isotopic data suggest that the mantle source of the basalts had been variably hybridized by melts derived from enriched mantle components. To account for the combined Os, Nd, Sr, and Pb isotopic characteristics of these rocks, we propose that the primary melts formed from metasomatized asthenospheric mantle (represented by arc-mantle peridotite) that underwent mixing with two enriched components, EM-I and EM-II. The different enriched components are reflected in minor isotopic differences between basalts from southern and northern portions of the province. The Tristan da Cunha hotspot has been previously suggested to be the cause of the Parana continental flood basalt magmatism. However, present-day Tristan da Cunha lavas have much higher Os-187/Os-188 isotopic compositions than the source of the PCFB. These data, together with other isotopic and elemental data, preclude making a definitive linkage between the Tristan plume and the PCFB. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Bioelectrical impedance with different equations versus deuterium oxide dilution method for the inference of body composition in healthy older persons

There is no consensus regarding the accuracy of bioimpedance for the determination of body composition in older persons. This study aimed to compare the assessment of lean body mass of healthy older volunteers obtained by the deuterium dilution method (reference) with those obtained by two frequently used bioelectrical impedance formulas and one formula specifically developed for a Latin-American population. A cross-sectional study. Twenty one volunteers were studied, 12 women, with mean age 72 +/- 6.7 years. Urban community, Ribeiro Preto, Brazil. Fat free mass was determined, simultaneously, by the deuterium dilution method and bioelectrical impedance; results were compared. In bioelectrical impedance, body composition was calculated by the formulas of Deuremberg, Lukaski and Bolonchuck and Valencia et al. Lean body mass of the studied volunteers, as determined by bioelectrical impedance was 37.8 +/- 9.2 kg by the application of the Lukaski e Bolonchuk formula, 37.4 +/- 9.3 kg (Deuremberg) and 43.2 +/- 8.9 kg (Valencia et. al.). The results were significantly correlated to those obtained by the deuterium dilution method (41.6 +/- 9.3 Kg), with r=0.963, 0.932 and 0.971, respectively. Lean body mass obtained by the Valencia formula was the most accurate. In this study, lean body mass of older persons obtained by the bioelectrical impedance method showed good correlation with the values obtained by the deuterium dilution method. The formula of Valencia et al., developed for a Latin-American population, showed the best accuracy.

Evaluation of Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry for Determining Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Se and Zn in Bovine Semen Samples using a Simple Sample Dilution Method

A simple and fast method for the determination of Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Se and Zn in bovine semen by quadrupole inductively coupled plasma spectrometry (q-ICP-MS) is described. Prior to analysis, samples (200 mu L) were diluted 1:50 in a solution containing 0.01% v/v Triton (R) X-100 and 0.5% v/v nitric acid and directly analyzed by ICP-MS. The limits of detection of the method are 0.3, 0.03, 0.2, 0.04, 0.04, 0.03 and 0.03 mu g L-1 for Ca-44, Cu-63, Fe-57, Mg-24, Zn-64, Se-82 and Mn-55, respectively. For purposes of comparison and method validation, four ordinary bovine semen samples were directly analyzed by ICP-MS and by flame atomic absorption spectrometry (FAAS) or graphite furnace atomic absorption spectrometry (GF AAS), with no statistical difference between the techniques at the 95% level when applying the t-test. Then, the proposed method was applied in the determinations of Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Se and Zn in collected samples of bovine semen from different breeds, which are used in reproduction programs and artificial insemination.

Evaluation of inductively coupled plasma mass spectrometry for determining Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Se and Zn in bovine semen samples using a simple sample dilution method

A simple and fast method for the determination of Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Se and Zn in bovine semen by quadrupole inductively coupled plasma spectrometry (q-ICP-MS) is described. Prior to analysis, samples (200 µL) were diluted 1:50 in a solution containing 0.01% v/v Triton® X-100 and 0.5% v/v nitric acid and directly analyzed by ICP-MS. The limits of detection of the method are 0.3, 0.03, 0.2, 0.04, 0.04, 0.03 and 0.03 µg L-1 for 44Ca, 63Cu, 57Fe, 24Mg, 64Zn, 82Se and 55Mn, respectively. For purposes of comparison and method validation, four ordinary bovine semen samples were directly analyzed by ICP-MS and by flame atomic absorption spectrometry (FAAS) or graphite furnace atomic absorption spectrometry (GF AAS), with no statistical difference between the techniques at the 95% level when applying the t-test. Then, the proposed method was applied in the determinations of Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Se and Zn in collected samples of bovine semen from different breeds, which are used in reproduction programs and artificial insemination.

Dilution and dispersión of Gran Canaria desalinitation plant brine discharge: influence on seagrass meadows and potential corrective measures

Programa de doctorado en oceanografía

High-resolution stratigraphy of Central and Southern Adriatic Quaternary deposits of sub-Milankovian climate change on Mediterranean circulation

This volume is a collection of the work done in a three years-lasting PhD, focused in the analysis of Central and Southern Adriatic marine sediments, deriving from the collection of a borehole and many cores, achieved thanks to the good seismic-stratigraphic knowledge of the study area. The work was made out within European projects EC-EURODELTA (coordinated by Fabio Trincardi, ISMAR-CNR), EC-EUROSTRATAFORM (coordinated by Phil P. E. Weaver, NOC, UK), and PROMESS1 (coordinated by Serge Bernè, IFREMER, France). The analysed sedimentary successions presented highly expanded stratigraphic intervals, particularly for the last 400 kyr, 60 kyr and 6 kyr BP. These three different time-intervals resulted in a tri-partition of the PhD thesis. The study consisted of the analysis of planktic and benthic foraminifers’ assemblages (more than 560 samples analysed), as well as in preparing the material for oxygen and carbon stable isotope analyses, and interpreting and discussing the obtained dataset. The chronologic framework of the last 400 kyr was achieved for borehole PRAD1-2 (within the work-package WP6 of PROMESS1 project), collected in 186.5 m water depth. The proposed chronology derives from a multi-disciplinary approach, consisting of the integration of numerous and independent proxies, some of which analysed by other specialists within the project. The final framework based on: micropaleontology (calcareous nannofossils and foraminifers’ bioevents), climatic cyclicity (foraminifers’ assemblages), geochemistry (oxygen stable isotope, made out on planktic and benthic records), paleomagnetism, radiometric ages (14C AMS), teprhochronology, identification of sapropel-equivalent levels (Se). It’s worth to note the good consistency between the oxygen stable isotope curve obtained for borehole PRAD1-2 and other deeper Mediterranean records. The studied proxies allowed the recognition of all the isotopic intervals from MIS10 to MIS1 in PRAD1-2 record, and the base of the borehole has been ascribed to the early MIS11. Glacial and interglacial intervals identified in the Central Adriatic record have been analysed in detail for the paleo-environmental reconstruction, as well. For instance, glacial stages MIS6, MIS8 and MIS10 present peculiar foraminifers’ assemblages, composed by benthic species typical of polar regions and no longer living in the Central Adriatic nowadays. Moreover, a deepening trend in the paleo-bathymetry during glacial intervals was observed, from MIS10 (inner-shelf environment) to MIS4 (mid-shelf environment).Ten sapropel-equivalent levels have been recognised in PRAD1-2 Central Adriatic record. They showed different planktic foraminifers’ assemblages, which allowed the first distinction of events occurred during warm-climate (Se5, Se7), cold-climate (Se4, Se6 and Se8) and temperate-intermediate-climate (Se1, Se3, Se9, Se’, Se10) conditions, consistently with literature. Cold-climate sapropel equivalents are characterised by the absence of an oligotrophic phase, whereas warm-temeprate-climate sapropel equivalents present both the oligotrophic and the eutrophic phases (except for Se1). Sea floor conditions vary, according to benthic foraminifers’ assemblages, from relatively well oxygenated (Se1, Se3), to dysoxic (Se9, Se’, Se10), to highly dysoxic (Se4, Se6, Se8) to events during which benthic foraminifers are absent (Se5, Se7). These two latter levels are also characterised by the lamination of the sediment, feature never observed in literature in such shallow records. The enhanced stratification of the water column during the events Se8, Se7, Se6, Se5, Se4, and the concurring strong dilution of shallow water, pointed out by the isotope record, lead to the hypothesis of a period of intense precipitation in the Central Adriatic region, possibly due to a northward shift of the African Monsoon. Finally, the expression of Central Adriatic PRAD1-2 Se5 equivalent was compared with the same event, as registered in other Eastern Mediterranean areas. The sequence of substantially the same planktic foraminifers’ bioevents has been consistently recognised, indicating a similar evolution of the water column all over the Eastern Mediterranean; yet, the synchronism of these events cannot be demonstrated. A high resolution analysis of late Holocene (last 6000 years BP) climate change was carried out for the Adriatic area, through the recognition of planktic and benthic foraminifers’ bioevents. In particular, peaks of planktic Globigerinoides sacculifer (four during the last 5500 years BP in the most expanded core) have been interpreted, based on the ecological requirements of this species, as warm-climate, arid intervals, correspondent to periods of relative climatic optimum, such as, for instance, the Medieval Warm Period, the Roman Age, the Late Bronze Age and the Copper Age. Consequently, the minima in the abundance of this biomarker could correspond to relatively cooler and more rainy periods. These conclusions are in good agreement with the isotopic and the pollen data. The Last Occurrence (LO) of G. sacculifer has been dated in this work at an average age of 550 years BP, and it is the best bioevent approximating the base of the Little Ice Age in the Adriatic. Recent literature reports the same bioevent in the Levantine Basin, showing a rather consistent age. Therefore, the LO of G. sacculifer has the potential to be extended to all the Eastern Mediterranean. Within the Little Ice Age, benthic foraminifer V. complanata shows two distinct peaks in the shallower Adriatic cores analysed, collected hundred kilometres apart, inside the mud belt environment. Based on the ecological requirements of this species, these two peaks have been interpreted as the more intense (cold and rainy) oscillations inside the LIA. The chronologic framework of the analysed cores is robust, being based on several range-finding 14C AMS ages, on estimates of the secular variation of the magnetic field, on geochemical estimates of the activity depth of 210Pb short-lived radionuclide (for the core-top ages), and is in good agreement with tephrochronologic, pollen and foraminiferal data. The intra-holocenic climate oscillations find out in the Adriatic have been compared with those pointed out in literature from other records of the Northern Hemisphere, and the chronologic constraint seems quite good. Finally, the sedimentary successions analysed allowed the review and the update of the foraminifers’ ecobiostratigraphy available from literature for the Adriatic region, thanks to the achievement of 16 ecobiozones for the last 60 kyr BP. Some bioevents are restricted to the Central Adriatic (for instance the LO of benthic Hyalinea balthica , approximating the MIS3/MIS2 boundary), others occur all over the Adriatic basin (for instance the LO of planktic Globorotalia inflata during MIS3, individuating Dansgaard-Oeschger cycle 8 (Denekamp)).

Stable isotope investigations of atmospheric nitrous oxide

ZusammenfassungDie Analyse von Isotopenverhältnissen ist von wachsender Bedeutung bei der Untersuchung von Quellen, Senken und chemischen Reaktionswegen atmosphärischer Spurengase. Distickstoffoxid (N2O) hat vier isotopisch einfach substituierte Spezies: 14N15N16O, 15N14N16O, 14N217O und 14N218O. In der vorliegenden Arbeit wurden massenspektrometrische Methoden entwickelt, die eine komplette Charakterisierung der Variationen im Vorkommen dieser Spezies ermöglichen. Es wird die bisher umfassendste Darstellung dieser Variationen in Troposphäre und Stratosphäre gegeben und mit Bezug auf eine Reihe von Laborexperimenten detailliert interpretiert.Die Laborexperimente machen einen großen Anteil dieser Doktorarbeit aus und konzentrieren sich auf die Isotopenfraktionierung in den stratosphärischen N2O-Senken, d. h. Photolyse und Reaktion mit elektronisch angeregten Sauerstoffatomen, O(1D). Diese Prozesse sind von dominantem Einfluß auf die Isotopenzusammensetzung von atmosphärischem N2O. Potentiell wichtige Parameter wie Temperatur- und Druckvariationen, aber auch Veränderungen der Wellenlänge im Fall der Photolyse wurden berücksichtigt. Photolyse bei stratosphärisch relevanten Wellenlängen > 190 nm zeigte immer Anreicherungen von 15N in beiden Stickstoffatomen des verbleibenden N2O wie auch in 17O und 18O. Die Anreicherungen waren am mittelständigen N-Atom signifikant höher als am endständigen N (mit mittleren Werten für 18O) und stiegen zu größeren Wellenlängen und niedrigeren Temperaturen hin an. Erstmalig wurden für 18O und 15N am endständigen N-Atom Isotopenabreicherungen bei 185 nm-Photolyse festgestellt. Im Gegensatz zur Photolyse waren die Isotopenanreicherungen bei der zweiten wichtigen N2O-Senke, Reaktion mit O(1D) vergleichsweise gering. Jedoch war das positionsabhängige Fraktionierungsmuster dem der Photolyse direkt entgegengesetzt und zeigte größere Anreicherungen am endständigen N-Atom. Demgemäß führen beiden Senkenprozesse zu charakteristischen Isotopensignaturen in stratosphärischem N2O. Weitere N2O-Photolyseexperimente zeigten, daß 15N216O in der Atmosphäre höchstwahrscheinlich mit der statistisch zu erwartenden Häufigkeit vorkommt.Kleine stratosphärische Proben erforderten die Anpassung der massenspektrometrischen Methoden an Permanentflußtechniken, die auch für Messungen an Firnluftproben von zwei antarktischen Stationen verwendet wurden. Das 'Firnluftarchiv' erlaubte es, den gegenwärtigen Trend und die präindustriellen Werte der troposphärischen N2O-Isotopensignatur zu bestimmen. Ein daraus konstruiertes globales N2O-Isotopenbudget ist im Einklang mit den besten Schätzungen der Gesamt-N2O-Emissionen aus Böden und Ozeanen.17O-Messungen bestätigten die Sauerstoffisotopenanomalie in atmosphärischem N2O, zeigten aber auch, daß N2O-Photolyse die Sauerstoffisotope gemäß einem massenabhängigen Fraktionierungsgesetz anreichert. Eine troposphärische Ursache für einen Teil des Exzeß-17O wurde vorgeschlagen, basierend auf der Reaktion von NH2 mit NO2, wodurch die Sauerstoffisotopenanomalie von O3 über NO2 an N2O übertragen wird.

Isotope geochemical and geochronologic studies of basement units in the Central Western Carpathians (Slovakia)

In dieser Arbeit werden geochronologische und isotopen-geochemische Daten zur Entwicklung der Zentralen Westlichen Karpathen präsentiert. Die Karpathen bilden die östliche Fortsetzung der Alpen und können in drei Alpine Grundgebirgsdecken unterteilt werden, von denen zwei, die Veporische und die Gemerische, bearbeitet wurden. In der Veporischen Einheit wurden polymetamorphe Grundgebirgseinheiten untersucht, um deren genaue Altersstellung zu definieren und sie isotopengeochemisch zu klassifizieren. Dagegen wurde in der der Gemerischen Einheit, welche die Veporische Einheit überlagert, ein spezialisierter S-Typ Granit im Detail untersucht, um die petrogenetischen Prozesse, die zur magmatischen Entwicklung dieses Granits geführt haben, zu identifizieren. U-Pb Datierungen an Zirkonen der Veporischen Grundgebirgseinheiten zeigen für die gesamte Veporische Einheit ordovizische Entsehungsalter an (440-470 Ma). Diese Datierungen revidieren publizierte kambrische Entstehungsalter dieses Grundgebirges. Die Isotopensignatur (epsilon Nd und 87Sr/86Sr) der ordovizischen Grundgebirgseinheiten, bestehend aus stark überprägten Amphiboliten und Gneissen, ist von der Signatur der sich im Norden anschliessenden Tatrischen Einheit gut unterscheidbar. Die Bleiisotopenzusammensetzung dieser Gesteine ist stark krustal geprägt und überschneidet sich mit der der Tatrischen Einheit. Zusammen mit den T-DM Altern sind diese Einheiten vergleichbar mit prävariskischen Einheiten der Alpen. Somit kann das ordovizische Grundgebirge zu den peri-Gondwana Terranen gezählt werden, die an einem aktiven Kontinentalrand im Norden von Gondwana gebildet wurden. In den Gesteinen der Veporischen Einheit wurde im Weiteren eine starke metamorphe überprägung und intensiver felsischer Magmatismus karbonischen Alters erkannt (320-350 Ma). Dieses Ereignis ist zeitgleich mit dem Magmatismus, welcher hauptsächlich in der sich im Norden anschliessenden Tatrischen Einheit beobachtet wird. Dieser gehört der variskischen Orogenese an. Intensive alpine Deformation und Metamorphose konnte in der südlichen Veporischen Einheit anhand der Einzelzirkondatierungen und der Isotopendaten der ordovizischen Einheiten nachgewiesen werden. Am Dlha Dolina Granit in der Gemerischen Einheit können starke Fraktionierungs- und Auto-Metasomatose-Effekte beobachtet werden. Durch die magmatische Fraktionierung wird eine Anreicherung der SEE erzeugt, wogegen die Metasomatose die SEE stark verarmt. Es kommt sogar zur Ausbildung eines Tetraden Effektes im SEE Muster, welche den starken Einfluss von Fluiden während der spät-magmatischen Phase belegt. Gesamtgesteins Pb-Pb Daten beschränken das minimale Intrusionsalter dieses Granites auf 240 Ma. Dieses Alter ist in guter übereinstimmung mit den Sr-Isotopendaten der magmatisch dominierten Gesteine, wohingegen die stark metasomatisch geprägten Gesteine ein zu radiogenes 87Sr/86Sri aufweisen. Während dieser Arbeit wurde intensiv mit der Blei-Isotopenzusammensetzung von Gesamtgesteinsproben gearbeitet. Um die Auswertung dieser Daten optimieren zu können wurde ein Computerscript für das GPL Programm Octave erstellt. Die Hauptaufgabe dieses Scripts besteht darin, Regressionen für geochronologische Anwendungen gemäss York (1969) zu berechnen. Ausserdem können mu und kappa-Werte für diese Regressionen berechnet und eine Hauptkomponentenanalyse, welche hilfreich für den Vergleich von zwei Datensätzen ist, durchgeführt werden. Am Ende der vorliegenden Arbeit wird die analytische Methode für einen Mikrowellen beschleunigten Säureaufschluss von granitoidem Material zur Bestimmung der Sr- und Nd-Isotopenzusammensetzung und der Elementkonzentrationen vorgestellt. Diese kombinierte Methode nutzt ein TIMS für die Sr und Nd Isotopenmessungen und eine Einzelkollektor-ICPMS zur Bestimmung der SEE, Rb und Sr Konzentrationen, welche mithilfe von relativen Sensitivitätsfaktoren gegenüber einem internen Standard quantifiziert werden. Diese Methode wird durch Messungen von internationalen Referenzmaterialien bewertet. Die Ergebnisse zeigen eine Reproduzierbarkeit von <10% für die Elementkonzentrationen und von <5% für Elementverhältnisse.

Sulfur isotope analysis of aerosol particles by NanoSIMS

A new method to measure the sulfur isotopic composition of individual aerosol particles by NanoSIMS has been developed and tested on several standards such as barite (BaSO4), anhydrite (CaSO4), gypsum (CaSO4·2H2O), mascagnite ((NH4)2SO4), epsomite (MgSO4·7H2O), magnesium sulfate (MgSO4·xH2O), thenardite (Na2SO4), boetite (K2SO4) and cysteine (an amino acid). This ion microprobe technique employs a Cs+ primary ion beam and measures negative secondary ions permitting the analysis of sulfur isotope ratios in individual aerosol particles down to 500 nm in size (0.001-0.5 ng of sample material). The grain-to-grain reproducibility of measurements is typically 5‰ (1σ) for micron-sized grains, <5‰ for submicron-sized grains, and <2‰ for polished thin sections and ultra microtome sections which were studied for comparison. The role of chemical omposition (matrix effect) and sample preparation techniques on the instrumental mass fractionation (IMF) of the 34S/32S ratio in the NanoSIMS has been investigated. The IMF varies by ~15‰ between the standards studied here. A good correlation between IMF and ionic radius of the cations in sulfates was observed. This permits to infer IMF corrections even for sulfates for which no isotope standards are available. The new technique allows to identify different types of primary and secondary sulfates based on their chemical composition and to measure their isotopic signature separately. It was applied to marine aerosol samples collected in Mace Head and urban aerosol samples collected in Mainz. It was shown that primary sulfate particles such as sulfate in NaCl or gypsum particles precipitated from ocean water retain the original isotopic signature of their source. The isotopic composition of secondary sulfate depends on the isotopic composition of precursor SO2 and the oxidation pathway. The 34S/32S fractionation with respect to the precursor SO2 is -9‰ for homogeneous oxidation and +16.5‰ for heterogeneous oxidation. This large difference between the isotopic fractionation of both pathways allows identifying the oxidation pathway from which the SO42- in a secondary sulfate particle is derived, by means of its sulfur isotope ratio, provided that the isotopic signature of the precursor SO2 is known. The isotopic composition of the precursor SO2 of secondary sulfates was calculated based on the isotopic composition of particles with known oxidation pathway such as fine mode ammonium sulfate.

Messung von Q beta-Werten neutronenreicher Tc- bis Pd-Isotope im Massenbereich A=110 bis A=117

In der vorliegenden Arbeit wurden zwölf Q(beta)-Werte von beta-instabilen Pd, Ru, Rh und Tc-Isotopen gemessen. Der betrachtete Massenbereich A=110 bis A=117 liegt am Rande des bekannten Gebiets der Nuklidkarte und umfasst sehr neutronenreiche kurzlebige Isotope dieser Elemente, die sich durch geringe Spalthäufigkeit auszeichnen. Durch die geringen (Spalt-)Häufigkeiten dieser Nuklide liegen kaum Daten vor, teilweise auch nicht über die Niveauschemata. Es ist daher notwendig, eine protoneninduzierte Spaltungsreaktion zur Darstellung dieser Isotope zu verwenden und die Spaltprodukte innerhalb kürzester Zeit für die Messung nach Massen aufzutrennen, wie dies am IGISOL in Jyväskylä/Finnland geschieht. Die aufgebaute Apparatur zur beta,gamma,X-Koinzidenz erlaubt es, während ein und desselben Experiments neben der Messung der Q(beta)-Werte gleichzeitig gamma,X-Koinzidenzen auszuwerten, die die benötigten Grundinformationen für die Q(beta)-Bestimmung über die beta,gamma-Koinzidenzen liefern. Es können somit nicht nur Q(beta)-Werte von Nukliden mit bereits bekannten Niveauschemata ermittelt, sondern auch erfolgreich Nuklide mit unvollständigen Niveauschemata einer ersten Messung unterzogen werden. Umgekehrt können beta,gamma-Koinzidenzdaten weitere Informationen zum Aufbau neuer Niveauschemata liefern. Mit Hilfe der beschriebenen Koinzidenzmessung konnten zwölf Q(beta)-Werte von sehr neutronenreichen Pd- bis Tc-Isotopen gemessen und daraus die Kernmassen, Massenüberschüsse und Neutronen-Separationsenergien bestimmt werden. Von diesen wurden acht Werte erstmalig bestimmt, ein weiterer Wert konnte bestätigt sowie die Fehler von drei weiteren Werten um den Faktor Zehn verringert werden. Die gewonnenen Daten sind von Interesse für die Beurteilung von Kernmassenmodellen und gehen ebenso in Modellrechnungen der nuklearen Astrophysik ein.

Mediterranean-type climate in the South Aegean (Eastern Mediterranean) during the Late Miocene: Evidence from isotope and element proxies

The present-day climate in the Mediterranean region is characterized by mild, wet winters and hot, dry summers. There is contradictory evidence as to whether the present-day conditions (“Mediterranean climate”) already existed in the Late Miocene. This thesis presents seasonally-resolved isotope and element proxy data obtained from Late Miocene reef corals from Crete (Southern Aegean, Eastern Mediterranean) in order to illustrate climate conditions in the Mediterranean region during this time. There was a transition from greenhouse to icehouse conditions without a Greenland ice sheet during the Late Miocene. Since the Greenland ice sheet is predicted to melt fully within the next millennia, Late Miocene climate mechanisms can be considered as useful analogues in evaluating models of Northern Hemispheric climate conditions in the future. So far, high resolution chemical proxy data on Late Miocene environments are limited. In order to enlarge the proxy database for this time span, coral genus Tarbellastraea was evaluated as a new proxy archive, and proved reliable based on consistent oxygen isotope records of Tarbellastraea and the established paleoenvironmental archive of coral genus Porites. In combination with lithostratigraphic data, global 87Sr/86Sr seawater chronostratigraphy was used to constrain the numerical age of the coral sites, assuming the Mediterranean Sea to be equilibrated with global open ocean water. 87Sr/86Sr ratios of Tarbellastraea and Porites from eight stratigraphically different sampling sites were measured by thermal ionization mass spectrometry. The ratios range from 0.708900 to 0.708958 corresponding to ages of 10 to 7 Ma (Tortonian to Early Messinian). Spectral analyses of multi-decadal time-series yield interannual δ18O variability with periods of ~2 and ~5 years, similar to that of modern records, indicating that pressure field systems comparable to those controlling the seasonality of present-day Mediterranean climate existed, at least intermittently, already during the Late Miocene. In addition to sea surface temperature (SST), δ18O composition of coral aragonite is controlled by other parameters such as local seawater composition which as a result of precipitation and evaporation, influences sea surface salinity (SSS). The Sr/Ca ratio is considered to be independent of salinity, and was used, therefore, as an additional proxy to estimate seasonality in SST. Major and trace element concentrations in coral aragonite determined by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry yield significant variations along a transect perpendicular to coral growth increments, and record varying environmental conditions. The comparison between the average SST seasonality of 7°C and 9°C, derived from average annual δ18O (1.1‰) and Sr/Ca (0.579 mmol/mol) amplitudes, respectively, indicates that the δ18O-derived SST seasonality is biased by seawater composition, reducing the δ18O amplitude by 0.3‰. This value is equivalent to a seasonal SSS variation of 1‰, as observed under present-day Aegean Sea conditions. Concentration patterns of non-lattice bound major and trace elements, related to trapped particles within the coral skeleton, reflect seasonal input of suspended load into the reef environment. δ18O, Sr/Ca and non-lattice bound element proxy records, as well as geochemical compositions of the trapped particles, provide evidence for intense precipitation in the Eastern Mediterranean during winters. Winter rain caused freshwater discharge and transport of weathering products from the hinterland into the reef environment. There is a trend in coral δ18O data to more positive mean δ18O values (–2.7‰ to –1.7‰) coupled with decreased seasonal δ18O amplitudes (1.1‰ to 0.7‰) from 10 to 7 Ma. This relationship is most easily explained in terms of more positive summer δ18O. Since coral diversity and annual growth rates indicate more or less constant average SST for the Mediterranean from the Tortonian to the Early Messinian, more positive mean and summer δ18O indicate increasing aridity during the Late Miocene, and more pronounced during summers. The analytical results implicate that winter rainfall and summer drought, the main characteristics of the present-day Mediterranean climate, were already present in the Mediterranean region during the Late Miocene. Some models have argued that the Mediterranean climate did not exist in this region prior to the Pliocene. However, the data presented here show that conditions comparable to those of the present-day existed either intermittently or permanently since at least about 10 Ma.

Nuclear structure studies in the xenon and radon region and the discovery of a new radon isotope by Penning trap mass spectrometry

Heutzutage gewähren hochpräzise Massenmessungen mit Penning-Fallen tiefe Einblicke in die fundamentalen Eigenschaften der Kernmaterie. Zu diesem Zweck wird die freie Zyklotronfrequenz eines Ions bestimmt, das in einem starken, homogenen Magnetfeld gespeichert ist. Am ISOLTRAP-Massenspektrometer an ISOLDE / CERN können die Massen von kurzlebigen, radioaktiven Nukliden mit Halbwertszeiten bis zu einigen zehn ms mit einer Unsicherheit in der Größenordnung von 10^-8 bestimmt werden. ISOLTRAP besteht aus einem Radiofrequenz-Quadrupol zum akkumulieren der von ISOLDE gelieferten Ionen, sowie zwei Penning-Fallen zum säubern und zur Massenbestimmung der Ionen. Innerhalb dieser Arbeit wurden die Massen von neutronenreichen Xenon- und Radonisotopen (138-146Xe und 223-229Rn) gemessen. Für elf davon wurde zum ersten Mal die Masse direkt bestimmt; 229Rn wurde im Zuge dieses Experimentes sogar erstmalig beobachtet und seine Halbwertszeit konnte zu ungefähr 12 s bestimmt werden. Da die Masse eines Nuklids alle Wechselwirkungen innerhalb des Kerns widerspiegelt, ist sie einzigartig für jedes Nuklid. Eine dieser Wechselwirkungen, die Wechselwirkung zwischen Protonen und Neutronen, führt zum Beispiel zu Deformationen. Das Ziel dieser Arbeit ist eine Verbindung zwischen kollektiven Effekten, wie Deformationen und Doppeldifferenzen von Bindungsenergien, sogenannten deltaVpn-Werten zu finden. Insbesondere in den hier untersuchten Regionen zeigen deltaVpn-Werte ein sehr ungewöhnliches Verhalten, das sich nicht mit einfachen Argumenten deuten lässt. Eine Erklärung könnte das Auftreten von Oktupoldeformationen in diesen Gebieten sein. Nichtsdestotrotz ist eine quantitative Beschreibung von deltaVpn-Werten, die den Effekt von solchen Deformationen berücksichtigt mit modernen Theorien noch nicht möglich.