Evolution der Erdoberfläche
Die Gruppe Evolution der Erdoberfläche untersucht, wie geologische, klimatische und biologische Faktoren die chemische Zusammensetzung der Ozeane und der Atmosphäre im Laufe der Erdgeschichte regulieren.
Wir sind eine multidisziplinäre Gruppe, die Langzeitentwicklung biogeochemischer Zyklen auf der Erde erforscht. Unsere Arbeit baut auf drei zentralen Säulen auf, die mehrere räumliche und zeitliche Skalen umfassen:
Laborexperimente und neuartige stabile Isotope Entwicklungen
Vieles von dem, was wir über die erdgeschichtliche Vergangenheit wissen, stammt aus Proxydaten. Dennoch ist unser Verständnis darüber, was diese Proxys steuert, oft unvollständig. «Laborkalibrierungen» sind daher entscheidend, um die geologische Vergangenheit sinnvoll zu rekonstruieren. Unsere Gruppe verwendet dafür eine Kombination aus quantenchemischen Berechnungen, hochpräziser Massenspektrometrie und Labor-Inkubationsexperimenten. Diese Methoden helfen, den Zusammenhang zwischen Isotopensignalen - vor allem von Kohlenstoff, Sauerstoff und Schwefel – und verschiedenen geologischen und biologischen Prozessen herzustellen. Wir sind besonders an den Wechselwirkungen zwischen Mineraloberflächen und ihrer Umgebung interessiert. Dazu gehören zum Beispiel Redoxreaktionen auf Pyrit-Kristallen, die durch kurzlebige reaktive Sauerstoffspezies angetrieben werden. Diese Reaktionen sind für eine Vielzahl von Prozessen von Bedeutung, von der Entstehung des Lebens bis hin zum modernen Sauerstoff- und Kohlendioxidhaushalt.
Feldarbeit in modernen analogen Systemen
Wir führen Feldarbeit in modernen Landschaftssystemen durch, um zu erforschen, wie biogeochemische Mechanismen verschiedene Isotopen-Proxys steuern. Ausserdem wollen wir verstehen, wie Veränderungen der biogeochemischen Faktoren in geologischen Archiven aufgezeichnet werden. Dabei geht es vor allem um Redox- und Verwitterungsgradienten in terrestrischen Landschaften, wie zum Beispiel in Grundwasser und tiefen Böden. Diese Landschaften umfassen auch exotische Systeme wie saure Bergbauausflüsse und Rio Tinto (Spanien), die Analogien für Verwitterungsumgebungen in der Erdvergangenheit sein können. Durch die strategische Nutzung natürlicher Gradienten wollen wir herausfinden, wie Temperatur, Hydrologie und Erosionsraten sich auf geochemische Prozesse wie Gesteinsverwitterung auswirken.
Erdgeschichtliche Rekonstruktionen
Wir kombinieren unsere Erkenntnisse aus Labor- und Feldarbeit mit neuartigen Isotopenproxys, um geologische Archive zu studieren. Somit können wir rekonstruieren, wie und warum sich Klima, Verwitterung und die chemische Zusammensetzung der Ozeane und der Atmosphäre im Laufe der Erdgeschichte entwickelt haben. Dabei arbeiten wir oft eng mit Feldgeologen zusammen.
Frühere Rekonstruktionen haben Sauerstoff-Isotopen-Signale in Eisenooiden der Mackenzie Mountains genutzt, um das Ausmass der neoproterozoischen Schneeball-Erde («Snowball Earth») zu ermitteln. Auch konnten ökologische Ursachen mesozoischer anoxischer Ozeanereignisse anhand von molekularen und Kohlenstoff-Isotopen in Meeressedimenten bestimmt werden. Aktuelle Arbeiten konzentrieren sich auf das Verständnis von Verwitterungsreaktionen in hyperthermalen Klimazonen wie dem Paläozän-Eozän-Thermalmaximum.
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Evolution der Erdoberfläche
Sonneggstrasse 5
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Zürich
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