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22. Juli 2004

Einblicke in die Umweltwissenschaften – Heidelberg führend in der Analyse arktischer Eisproben

Heidelberger Umweltbörse bot interessante Einblicke in die Umweltwissenschaften – und in die neuesten Entwicklungen auf dem Gebiet der Erforschung arktischer Eisproben, auf dem das Institut für Umwelt-Geochemie der Universität Heidelberg seit kurzem weltweit führend ist

Arktischer Sturm

Arktischer Sturm


Anfang Juli lud das Heidelberger Institut für Umwelt-Geochemie zur diesjährigen Umweltbörse, die sich wesentlich stärker an die Allgemeinheit richtete, als dies zuvor der Fall war. Einige Tage nach der Veranstaltung ziehen nun die Organisatoren ein überaus positives Fazit, konnte doch mit dem vielseitigen Programm auch der breiten Öffentlichkeit Einblick gegeben werden in die Welt der Umweltwissenschaften.

Bohrkerne

Bohrkerne

Immerhin ist dies ein Gebiet, auf dem sich gerade in den letzten Jahren viel bewegt und verändert hat. Der Veranstaltung den Titel "Was ist neu in den Umweltwissenschaften?" zu geben, hatte also durchaus seine Berechtigung. Denn gerade am Institut für Umwelt-Geochemie wurden in jüngster Zeit Fortschritte erzielt, die den Standort Heidelberg beispielsweise in der Erforschung arktischer Eisproben an die Weltspitze katapultierten.

"Von alleine kommt solch ein Erfolg jedoch kaum", betont Dr. Michael Krachler, einer der Organisatoren der Umweltbörse. Er gab in seinem Vortrag einen kurzen Einblick in die Mühe, die es bereitet, an Bohrkerne aus dem ewigen Eis der Polkappen zu gelangen. "Solche Bohrkerne zu gewinnen, ist eine ziemlich aufwändige – und vor allem teure – Angelegenheit. Denn wenn man auf einem 5.000 Meter hohen Gletscher bohren will, braucht man nicht nur ein Basislager auf 3.000 Metern Höhe, sondern auch eine gut trainierte Mannschaft, entsprechendes Equipment – und viel, viel Glück mit dem Wetter. Und dann gilt es anschließend, den mehrere hundert Meter langen Bohrkern unversehrt zurück in die Zivilisation zu bringen."

Eisbohrer bei der Arbeit

Eisbohrer bei der Arbeit

Die Schilderung solcher Mühen sorgte natürlich für staunende Gesichter im Publikum, das den Weg des Eises ins Labor gespannt verfolgte. "Dort müssen wir jedoch zunächst den Bohrkern von den Verunreinigungen durch die verwendete Bohrflüssigkeit oder den metallischen Abrieb des Bohrers dekontaminieren." Mit Teflonschabern wird vorsichtig die äußerste Schicht entfernt – denn bereits kleinste Verunreinigungen würden das Messergebnis verfälschen. "So eine Arbeit können wir nur in Reinluftlaboren angehen, wie sie auch in der Chipindustrie Verwendung finden."

Anschließend wird das Eis geschmolzen und in speziellen Flaschen gelagert, bis die eigentliche Analyse beginnt – in einem der empfindlichsten Messgeräte, das heute überhaupt zur Verfügung steht: Von dem rund 500.000 Euro teuren Großgerät, bei dem es sich um ein hochauflösendes induktiv gekoppeltes Plasma-Massenspektrometer (ICP-MS) handelt, sind weltweit kaum mehr als 150 Exemplare im akademischen Einsatz. Indes kann ohne entsprechende Infrastruktur auch das teuerste Messgerät keine adäquaten Ergebnisse liefern. "In Heidelberg steht uns zum Glück eine hochwertige Reinrauminfrastruktur zur Verfügung, so dass wir in der Lage sind, extrem niedrige Elementkonzentrationen – beispielsweise von Blei – nachzuweisen. Die erreichbare Grenze ist hierbei inzwischen nicht mehr von der Leistungsfähigkeit der Analysengeräte gesetzt, die längst bis in den sub-Femtogramm-Bereich vordringen, was weniger als einem billiardstel Gramm entspricht, sondern durch die gleichmäßige Reinheit im Labor." Da nämlich Verunreinigungen letztlich nicht gänzlich auszuschließen sind, müssen sie zumindest auf gleich bleibendem, niedrigem Niveau gehalten werden.

"In Heidelberg gelang es uns nun in den letzten Monaten, die Nachweisgrenze für viele Spurenelemente um den Faktor 10 zu drücken", freut sich Michael Krachler. "Immerhin sind wir damit weltweit führend – und das, obwohl wir noch nicht einmal seit einem Jahr an Eisbohrkernen arbeiten." So wird beispielsweise der Anteil des Bleis in der Atmosphäre untersucht, der sich seit den 1940er Jahren durch verbleites Benzin stark erhöht hat und seit der Einführung bleifreier Kraftstoffe wieder im Sinken begriffen ist. Ablesen kann man dies sehr exakt an den jährlich gefallenen und im Gletscher konservierten Schneefällen der Polargebiete, wo wie in einem gigantischen Kühlschrank Klimaschwankungen oder Emissionen über Jahrtausende im ewigen Eis nachweisbar bleiben.

"Natürlich müssen wir bei solchen Untersuchungen auch wissen, welcher Bleianteil ‚normal' ist – also aus natürlichen Quellen stammt", erklärt Michael Krachler. "Zum Glück steht uns hierbei eine weitere Methode zur Verfügung, mit der wir die Isotope des Bleis bestimmen können, die wie ein Fingerabdruck die Herkunft des Bleis aus der Kohleverbrennung, dem Verkehr oder natürlichen Verwitterungsvorgängen verraten."

Hierzu war bislang nur eine australische Forschungsgruppe in der Lage, die jedoch maximal zehn Proben pro Woche untersuchen konnte. In Heidelberg hingegen werden vier Proben analysiert – pro Stunde. "Zudem benötigen wir gerade mal ein Zehntel der Probenmenge, was natürlich ein immenser Vorteil ist", freut sich Michael Krachler. "Denn damit sind wir in der Lage, schneller und effektiver als jedes andere Institut Grundlagenmessungen – beispielsweise für Klimamodellberechnungen – zu liefern." Deutlicher kann man den Fortschritt in den Umweltwissenschaften nicht machen – wobei die Entwicklung in den verschiedenen Bereichen keineswegs still steht. "Die Ultraspurenanalytik an Eisbohrkernen aus der kanadischen Hocharktis ist hier nur ein Beispiel von vielen. Und alleine deshalb sollte man sich bereits jetzt die nächste Umweltbörse im kommenden Sommersemester vormerken", rät Michael Krachler augenzwinkernd. "Es bleibt nämlich auch weiterhin spannend!"
Heiko P. Wacker

Rückfragen bitte an
Dr. Michael Krachler
Institut für Umwelt-Geochemie
Universität Heidelberg
Im Neuenheimer Feld 236, 69120 Heidelberg
Tel. 06221 544848, Fax 545228
krachler@ugc.uni-heidelberg.de

Dr. Michael Schwarz
Pressesprecher der Universität Heidelberg
Tel. 06221 542310, Fax 542317
michael.schwarz@rektorat.uni-heidelberg.de
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