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4.7.4 „Neue“ stabile
Isotopensysteme
Die Überschrift dieses Abschnitts enthält das
Wort „neu“, da die folgenden Isotopensysteme
überwiegend erst seit den 1990er Jahren eine
breitere Anwendung erfahren, obwohl sie teil-
weise bereits seit Jahrzehnten als prinzipiell in-
teressant bekannt sind. Der Hauptgrund für
diese kleine „Revolution“ liegt in der techni-
schen Weiterentwicklung der Massenspektro-
meter. Durch die seit einigen Jahren einge-
führte Multikollektor-ICP-MS-Technik können
sehr viel kleinere relative Massenunterschie-
de (bzw. Ladungs/Masse-Unterschiede, siehe
Abschn. 2.5.7) und Fraktionierungen aufgelöst
werden, was die Messung von bis dahin nur
in ganz wenigen Speziallabors messbaren Isoto-
pensystemen einer breiteren Forschergemeinde
zugänglich machte. Außerdem spielt eine Rolle,
dass früher (und für viele Systeme auch heute
noch) Isotope mit dem so genannten Thermio-
nenmassenspektrometer gemessen wurden
(Abschn. 2.5.7), bei dem die instrumentell be-
dingte Fraktionierung bei der Messung nicht so
gutkorrigiertwerdenkannwiebeiderICP-MS-
Methode, die außerdem ein hohes Ionisierungs-
potential hat. Beides trägt zur besseren Nach-
weisgenauigkeit der ICP-MS bei. Da man bei
den „neuen“ Isotopensystemen typischerweise
mit kleineren Isotopenänderungen arbeitet als
in den „traditionellen“ stabilen Isotopensyste-
men, wird manchmal anstelle der d -Notation
(die einen Faktor 1000 enthält) die e -Notation
gewählt, da der darin enthaltene Faktor 10.000
größere Zahlen ergibt. Auf Dauer wird sich aber
wohl auch hier die d -Notation durchsetzen. Es
sei darauf hingewiesen, dass derzeit eine ganze
ReiheweitererstabilerIsotopensysteme„inder
Erprobung“ ist. Das heißt, dass einzelne For-
schergruppen beginnen, sich z. B. intensiver mit
der Isotopengeochemie von Zn, Cd, Cr, Se oder
Sn zu beschäftigen. Diese Untersuchungen sind
noch nicht weit genug gediehen, um hier Ein-
gang zu finden, doch ist damit zu rechnen, dass
wir in den nächsten 20 Jahren interessante Er-
gebnisse dieser Untersuchungen sehen werden.
4.7.4.1 Eisen
Das bislang am weitesten verbreitete dieser
„neuen“ Isotopensysteme ist das Eisen. Es
kommt in Form der vier stabilen Isotope 54 Fe,
56 Fe, 57 Fe und 58 Fe vor, die Häufigkeiten von
5,84, 91,76, 2,12 und 0,28 % haben. In der Geo-
chemie werden standardmäßig nur die ersten
drei gemessen und meist als d 56 Fe angegeben,
das das Verhältnis von 56 Fe und 54 Fe zu demsel-
ben Verhältnis z. B. im künstlich erzeugten
Standard IRMM-14 in Beziehung setzt, einem
Metallstandard des Institute for Reference Mate-
rials and Measurement .
Eisen spielt natürlich in unserer Umwelt eine
herausragende Rolle. Nicht nur ist es in prak-
tisch allen Gesteinen im Prozent-Bereich ent-
halten, sondern es ist auch ein wesentlicher
Nährstoff in Ozeanwasser, obwohl es nur mit
Gehalten von 0,03 m g/l enthalten ist (im Ge-
gensatz dazu führt Flusswasser bis zu 50 m g/l)
und schließlich spielt es eine enorme Rolle
für das auf Sauerstoff-Atmung basierende Le-
ben - man denke nur an das Eisen im roten
Blutfarbstoff Hämoglobin . Da Eisen in der Na-
tur in drei Wertigkeitsstufen (selten 0 sowie
häufig +II und +III) und sowohl als in Was-
ser gelöste und verschieden komplexierte ge-
löste Spezies als auch in Form einer Vielzahl
vonFestphasenauftritt,ergebensichbesonders
viele Frakionierungsmöglichkeiten bei Lö-
sungs-, Fällungs-, Redox- und Komplexierungs-
reaktionen. Natürlich gibt es diese Möglich-
keiten mit und ohne Beteiligung von Fe umset-
zenden Bakterien ,die-ähn ichwiebeim
Schwefel - die thermodynamischen Fraktionie-
rungsfaktoren umgehen und kinetisch kontrol-
lierte Reaktionen und Fraktionierungen ablau-
fen lassen.
Betrachten wir, um die Komplexität der Eiseni-
sotopie zu verdeutlichen, die rein anorganisch
ablaufende Auflösung des Eisenkarbonats Side-
rit in einem hydrothermalen Fluid, den Trans-
portdesEisenszueinemanderenOrtunddie
dortige Ausfällung als Hämatit. Dabei können
bei folgenden Schritten Fe-Isotopenfraktionie-
rungen auftreten (Abb. 4.107):
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