Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

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Abb. 4.92: Schematische Darstellung der Funktionsweise eines GC-IRMS-Systems zur Bestimmung substanzspezifischer
Kohlenstoffisotopenverhältnisse. Die Trennung des komplexen Stoffgemisches erfolgt gaschromatographisch. Bei
einer Temperatur von 940 °C werden die getrennten Substanzen katalytisch zu CO 2 und H 2O oxidiert. Der Reduktionsreaktor
dient der Eliminierung von Stickoxiden, in der Wasserfalle werden Wassermoleküle über eine Nafion ® -
Membran aus dem Trägergas entfernt. Das verbleibende CO 2 wird nach der Ionisierung massenspezifisch detektiert
und aus dem Verhältnis von 44 CO 2 zu 45 CO 2 kann der δ 13 C Wert berechnet werden.
Schematic view of a GC-IRMS-system for compound-specific isotope analysis. The separation of complex mixtures is
done by gas chromatography. At a temperature of 940 °C separated compounds are oxidized to CO 2 and H 2O catalytically.
The reduction interface eliminates nitrogen oxides and the water is separated from the carrier gas by a Nafion ®
membrane in the water removal device. The remaining CO 2 is ionized and detected in the mass spectrometer. From the
ratio of 44 CO 2 to 45 CO 2 the δ 13 C value can be calculated.
geochemischer und isotopenchemischer Untersuchungen
die wesentlichen geobiochemischen Prozesse identifiziert
werden. Die beprobten Sedimente waren stark mit Methan
angereichert, dessen Isotopenverhältnis von –71 ‰ PDB
auf einen bakteriellen Ursprung hinweist (Wiedicke et al.,
2002). Mit der Abnahme der Methankonzentration in der
Wassersäule zeigt sich eine Anreicherung des Methans bis
zu –59 ‰ PDB, was auf anaerobe Oxidation des Methans
schließen lässt. Bestätigt wird die anaerobe Methanoxidation
durch die Anwesenheit und isotopische Zusammen-
Abb. 4.93: Gaschromatogramm der aus den authigenen
Carbonaten vom Sunda-Bogen extrahierten Aliphatenfraktion.
Die Biomarker Crocetan und PMI sind markiert
und die mittels GC-IRMS bestimmten δ 13 C-Werte hinzugefügt.
Gas chromatographic results from the aliphatic fraction
that was extracted from the authigenic carbonates from
the Sunda Arc. The biomarkers crocetane and PMI are
marked in red and the δ 13 C values that were detected by
GC-IRMS, are also given.
setzung der authigenen Carbonate am Standort. In den
Carbonaten konnten wir Crocetan (2,6,11,15-Tetramethylhexadecan)
und PMI (2,6,10,15,19-Pentamethylicosan)
nachweisen und deren isotopische Zusammensetzung
bestimmen (Abb. 4.93). Beide Substanzen sind typische
Biomarker für Archaeen, die Mikroorganismen, die an der
anaeroben Methanoxidation beteiligt sind. Die leichte Isotopensignatur
beider Substanzen zeigt eindeutig die Herkunft
aus dem leichten Methan am Standort.
Aktuelle Untersuchungen beschäftigen sich mit der Quantifizierung
des biologischen Abbaus von Erdölbestandteilen
in verschiedenen Lagerstätten. Durch die Biodegradation
des Erdöls in Lagerstätten ändert sich die Zusammensetzung
des Erdöls und verringert sich der ökonomische
Wert. Der biologische Abbau von Kohlenwasserstoffen
ist mit einer Änderung der Isotopenverhältnisse
(Isotopenfraktionierung) des Substrats verbunden. Die
leichten Isotopomere werden bevorzugt umgesetzt und die
schweren Isotopomere reichern sich im Residuum an (Isotopenfraktionierung).
Aus der Intensität der gemessenen
Fraktionierung kann auf das Ausmaß des biologischen
Abbaus geschlossen werden. Dieses Konzept wurde
erfolgreich angewendet zur Bestimmung der Intensität des
biologischen Abbaus leichtflüchtiger Kohlenwasserstoffe
im Gullfaks-Ölfeld in der norwegischen Nordsee (Vieth
und Wilkes, 2005). Für die n-Alkane von n-C 4 bis n-C 7
zeigt sich ein Rückgang der Isotopenfraktionierung mit
zunehmender Anzahl von Kohlenstoffatomen im Molekül,
was einerseits als Abnahme der Abbauintensität mit
zunehmender Kettenlänge, andererseits aber auch als so
genannter Verdünnungseffekt beurteilt werden kann. Da
die Reaktion, die zur Isotopenfraktionierung führt, nur an
einem Kohlenstoffatom wirksam ist, wird der Isotopeneffekt
für das gesamte Molekül mit zunehmender Anzahl an
Kohlenstoffatomen geringer. Toluol zeigt in den Proben
des Gullfaks-Ölfeldes keine Isotopenfraktionierung, wird
also nicht abgebaut. Dies überrascht insofern, als zahlrei-
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