Paläontologie & Fossilienanalyse mit dem M4 TORNADO

Fossilien sind das bewahrte Zeugnis des Lebens auf der Erde. Ihre Zusammensetzung kann viel über das Wachstum und die Umwelt eines Organismus zu Lebzeiten verraten sowie über Veränderungen, die nach dem Tod während der Einbettung, mechanischen Umlagerung und Diagenese stattgefunden haben.

Die Micro-XRF-Elementkartierung mit dem M4 TORNADO bietet eine nicht-invasive Methode zur schnellen Zusammensetzungscharakterisierung von Fossilien aller Art und liefert weit mehr als nur schöne Bilder!

Fossilien sind zwar zunehmend begehrte Sammlerstücke, aber zugleich unser Fenster zur Evolution des Lebens auf der Erde. Aufgrund ihrer langen Verweildauer in Sedimenten werden die primären Minerale verändert und organische Bestandteile in der Regel vollständig zerstört.

Durch den Ersatz der ursprünglichen Strukturen können chemische Fingerabdrücke eine Möglichkeit bieten, die Strukturen von Fossilien sichtbar zu machen und die Veränderungsprozesse zu verstehen.

An mehreren Fundorten weltweit wurden spektakulär erhaltene Fischfossilien aus dem Eozän entdeckt, die einen Einblick in die klimatische und geologische Geschichte dieser Epoche der Erdgeschichte geben. Obwohl gut erhalten, erfordert die visuelle Bildgebung (mit Kamera oder Mikroskop) häufig eine regelmäßige Befeuchtung des Fossils (z. B. mit Alkohol). Eine alternative Methode ist die nicht-invasive Aufnahme von Elementverteilungskarten mittels Micro-XRF-Spektrometrie.

Elementverteilungskarten, wie sie mit dem Micro-XRF-Spektrometer M4 TORNADO erstellt werden, liefern entscheidende Informationen, etwa eine detaillierte Charakterisierung anatomischer Strukturen, die sonst problematisch oder unmöglich zu erkennen wären, aber für taxonomische, phylogenetische und paläoökologische Studien von großer Bedeutung sind. Darüber hinaus ermöglicht die größere Eindringtiefe der Röntgenstrahlung die Darstellung bestimmter Merkmale, die darüber liegende Strukturen oder dünne Sedimentschichten verdeckt sind. Die schnelle Datenerfassung des M4 TORNADO erlaubt zudem Messungen an Fossilien aus unterschiedlichen Fundorten und deren systematischen Vergleich, ohne dass die Fossilien zusätzlich bearbeitet werden müssen.

Die Elementkartierung mittels Micro-XRF ermöglicht es Paläontologen, tiefer in die Anatomie von Wirbeltierfossilien einzudringen. Sie liefert Informationen über Unterschiede in der Zusammensetzung verschiedener Knochen, einschließlich der Bereiche, in denen Einbettung und Zeit zu Veränderungen der ursprünglichen Knochenzusammensetzung geführt haben – und damit darüber, welche Teile des Fossils die ursprüngliche Wachstumsgeschichte repräsentieren.

Die nicht-invasive Messmethode des Micro-XRF-Spektrometers M4 TORNADO erlaubt es, solche Details sichtbar zu machen, ohne die wertvollen Fossilien zu beschädigen. Gleichzeitig entsteht ein Datensatz, der von anderen Forschenden auch aus der Ferne genutzt werden kann, wenn kein direkter Zugang zu den Proben besteht.

Der <20 µm große Röntgen-Messfleck und die hochempfindlichen Detektoren ermöglichen die Visualisierung feinster Details, z. B. im Kieferknochen der Fledermaus, an der Schulter und den Füßen sowie einem Teil des Schwanzes (mittlere Karten unten).

Stromatolithen – geschichtete Sedimentstrukturen, die durch mikrobielle Matten entstanden sind, welche Sedimentpartikel einfingen und banden – stellen den frühesten erhaltenen, physischen Nachweis von Leben auf der Erde dar. Über das früheste Auftreten von Stromatolithen gibt es jedoch erhebliche Kontroversen. Mehrere Publikationen argumentieren für und gegen Strukturen im Isua-Superkrustal-Gürtel in Grönland, die Hinweise auf Leben vor rund 3,81 Milliarden Jahren liefern könnten.

Ein zentrales Merkmal für die eindeutige Identifizierung von Stromatolithen ist eine geschichtete Struktur (siehe Stromatolith-Karten rechts). Micro-XRF bietet die Möglichkeit, potenzielle Veränderungen dieser ursprünglichen Struktur während  lange Krustenverweilzeiten sichtbar zu machen,  die mit bloßem Auge nicht mehr erkennbar sind. Dies gelingt durch mikroskalige Charakterisierung bis hin zur Spurenelementebenen. In Kombination mit weiteren Nachweisen (z. B. Mineralogie, Isotopenanalysen) entsteht so ein belastbares Bild der frühen Erdgeschichte und eine Grundlage für fundierte Interpretationen zur Entwicklung der Erde.

Erfahren Sie mehr über diese wissenschaftliche Veröffentlichung:

• Zawaski et al. (2020). Reappraisal of purported ca. 3.7 Ga stromatolites from the Isua Supracrustal Belt (West Greenland) from detailed chemical and structural analysis.

Ganz gleich, ob Sie gerade die neue Instrumentierung Ihres Labors evaluieren, Ihren nächsten Förderantrag vorbereiten oder prüfen möchten, wie sich Micro-XRF in Ihre Arbeitsabläufe integrieren lässt, wir beraten Sie gerne.

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