Itrax-2-Austria: Element-chemisches Bohrkern Scanning

Antragsteller - Dr. Jyh-Jaan Steven Huang, Austrian Core Facility, Inst. f. Geologie, Univ. Innsbruck. Co-Antragssteller - Univ.-Prof. Dr. Michael Strasser, Inst. f. Geologie, Univ. Innsbruck. Fundiertes Prozessverständnis der komplexen Wechselwirkungen natürlicher Erdsystemprozessen und Interaktionen zwischen Mensch und Umwelt auf verschiedenen zeitlichen Skalen ist ein grundlegendes und gesellschaftlich relevantes Ziel der modernen Erd- und Umweltwissenschaften. Sedimente in Seen und Ozeanen bilden zeitlich- hochaufgelöste, weit in die Vergangenheit zurückreichende, natürliche Archive vergangener Natur- und Umweltprozesse. Bohrkerne, welche aus solchen Archiven entnommen werden, enthalten so zum Beispiel Aufzeichnungen von vergangenen Veränderungen von Mensch-Umwelt Interaktionen aufgrund natürlicher (z.B. Stürme, Überschwemmungen, Erdbeben oder Tsunamis) oder anthropogener (z.B. Landnutzungsänderungen oder - verschmutzungen) Ereignissen. Um solche in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung effizient erfassen und verstehen zu können (und schlussendlich auch für die Zukunft zu prognostizieren), entstand in den letzten Jahren an führenden internationalen Forschungsinstitutionen eine neue Generation von Bohrkern-Scannern, die mittels Röntgenfluoreszenz-Analysen (XRF) nicht-invasive und hocheffiziente chemischen Messungen entlang der Achse von Bohrkernen im sub-mm Abstand ermöglichen. Dies liefert faszinierende element-chemische Datensätze in ultrahoher Auflösung, als geochemische Fingerabdrücke (oder sogenanntes "Proxys") vergangener Umweltbedingungen und Prozessänderungen mit jährlicher oder gar saisonaler Auflösung. Ein solcher XRF-Scanner steht seit kurzem auch in der österreichischen Core Facility (ACF) für wissenschaftliche Bohrkernanalysen zu Verfügung. Ziel des ITRAX-2-Austria Projekts ist es einerseits modernste Datenanalyse- und Interpretationsmethoden für XRF-Bohrkern-Scanning Forschungsanwendungen in Österreich zu etablieren, andererseitsdurch methodischeWeiterentwicklung derDatenanalysenverfahren neue innovative Forschungsanwendungen zu ermöglichen und den internationalen state-of-the-art der XRF-Bohrkernscanner- Analysen neu zu definieren. Dazu werden Bohrkerne aus alpinen Seen, insbesondere dem Millstättersee als ITRAX-2- Austria case study site, zum ersten Mal mit dem neuen element-chemischen Bohrkern-Scanning Verfahren analysiert. Bestehende methodische XRF-scanning Herausforderungen, darunter (1) automatisierte Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle; (2) die quantitative Kalibrierung von Elementkonzentrationen und (3) der Umgang mit großen Datensätzen für proxy-basierte Interpretation, werden mittels neuen mathematischen, kalibrier- und statistischen Ansätzen überwunden. Dies wird es verbessert ermöglichen die Häufigkeit und Ursache-Wirkungs-Beziehungen zwischen Naturgefahren, Klimaveränderung und menschlichen Umweltveränderungen und damit verbundenen Mensch-Umwelt-Beziehungen besser zu verstehen.

Fundiertes Prozessverständnis der komplexen Wechselwirkungen natürlicher Erdsystemprozessen und Interaktionen zwischen Mensch und Umwelt auf verschiedenen zeitlichen Skalen ist ein grundlegendes und gesellschaftlich relevantes Ziel der modernen Erd- und Umweltwissenschaften. Sedimente in Seen und Ozeanen bilden zeitlich-hochaufgelöste, weit in die Vergangenheit zurückreichende, natürliche Archive vergangener Natur- und Umweltprozesse. Bohrkerne, welche aus solchen Archiven entnommen werden, enthalten so zum Beispiel Aufzeichnungen von vergangenen Veränderungen von Mensch-Umwelt Interaktionen aufgrund natürlicher (z.B. Stürme, Überschwemmungen, Erdbeben oder Tsunamis) oder anthropogener (z.B. Landnutzungsänderungen oder -verschmutzungen) Ereignissen. Um solche in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung effizient erfassen und verstehen zu können (und schlussendlich auch für die Zukunft zu prognostizieren), entstand in den letzten Jahren an führenden internationalen Forschungsinstitutionen eine neue Generation von Bohrkern-Scannern, die mittels Röntgenfluoreszenz-Analysen (XRF) nicht-invasive und hocheffiziente chemischen Messungen entlang der Achse von Bohrkernen im sub-mm Abstand ermöglichen. Dies liefert faszinierende element-chemische Datensätze in ultrahoher Auflösung, als geochemische Fingerabdrücke (oder sogenanntes "Proxys") vergangener Umweltbedingungen und Prozessänderungen mit jährlicher oder gar saisonaler Auflösung. Ein solcher XRF-Scanner steht seit kurzem auch in der österreichischen Core Facility (ACF) für wissenschaftliche Bohrkernanalysen zu Verfügung. Das "ITRAX-2-Austria" Projekts war das erste wissenschaftliche Projekt seiner Art, welches einerseits modernste Datenanalyse- und Interpretationsmethoden für XRF-Bohrkern-Scanning Forschungsanwendungen in Österreich einführte, andererseits durch methodische Weiterentwicklung der Datenanalysenverfahren dazu beigetragen hat neue innovative Forschungsanwendungen zu ermöglichen und den internationalen state-of-the-art der XRF-Bohrkernscanner-Analysen zu erweitern. Dazu wurden Bohrkerne aus alpinen Seen, insbesondere dem Millstättersee als ITRAX-2-Austria case study site, zum ersten Mal mit dem neuen element-chemischen Bohrkern-Scanning Verfahren analysiert. Bestehende methodische XRF-scanning Herausforderungen, darunter (1) automatisierte Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle; (2) die quantitative Kalibrierung von Elementkonzentrationen und (3) der Umgang mit großen Datensätzen für proxy-basierte Interpretation, wurden mittels neuen mathematischen, kalibrier- und statistischen Ansätzen überwunden. Die im Projekt erarbeiteten Methoden werden es verbessert ermöglichen die Häufigkeit und Ursache-Wirkungs-Beziehungen zwischen Naturgefahren, Klimaveränderung und menschlichen Umweltveränderungen und damit verbundenen Mensch-Umwelt-Beziehungen besser zu verstehen.