{"id":13,"date":"2022-03-06T15:42:14","date_gmt":"2022-03-06T15:42:14","guid":{"rendered":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/geotraces\/?p=13"},"modified":"2022-03-06T15:45:33","modified_gmt":"2022-03-06T15:45:33","slug":"tracing-particles-through-natural-radioactivity","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/geotraces\/2022\/03\/06\/tracing-particles-through-natural-radioactivity\/","title":{"rendered":"Tracing particles through natural radioactivity"},"content":{"rendered":"\n

(deutsche Version unten)<\/em><\/p>\n\n\n\n

But to what do I personally lose my sleep exactly? Sinking particles! More exactly, determining the flux of particles, thereby transporting carbon down into the deep of the ocean.<\/p>\n\n\n\n

Relying on available nutrients and sunlight, phytoplankton flourishes in the upper layers of the ocean by converting CO2<\/sub> in organic molecules such as sugars (organic carbon). This so-called primary production is the basis of almost the whole food web within the seven seas (except for specialist marine ecosystems such as hydrothermal vents and hypersaline lakes). To quantify this primary production, it is not sufficient to just look at the amount of organic carbon within the productivity zones. Of greatest importance is also to determine the amount of organic carbon leaving these zones, sinking to the bottom of the sea as small particles (particulate organic carbon, POC) where it supports life in the lightless deep. But how can one quantify this downward movement of POC? Lately, ocean scientists have used a clever short cut to solve this riddle. And this short cut is natural RADIOACTIVITY!<\/p>\n\n\n\n

In all our oceans, 238<\/sup>U (Uranium) is a homogeneously distributed, and naturally quite abundant radioactive isotope in the oceans \u2013 and we know its concentration well! It does not interact with particles in its vicinity and is quite long-lived with a half-life of several million years, decaying to 234<\/sup>Th (Thorium). However, this 234<\/sup>Th is much less stable with a half-life of only 24.1 days and is highly particle reactive. This means, in contrast to 238<\/sup>U, 234<\/sup>Th is very attracted to surfaces and therefore attaches to particles such as our particulate organic matter! But how can we make use of this incidence?<\/p>\n\n\n\n

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Sampling of particulate organic matter via in-situ pumps stationed in different depths. \/ Beprobung von partikul\u00e4rem organischem Material \u00fcber in-situ-Pumpen, die in verschiedenen Tiefen stationiert sind. Photo: Stephan Hamisch<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

We make use of a very simple physical rule: the activity (nuclear decays per minute) of the parent radionuclide (238<\/sup>U) and that of the daughter nuclide (decay product 234<\/sup>Th) is the same if both nuclides are still present within the system observed. If we now measure the activity of 234<\/sup>Th in the surface of the ocean and see it is lower than that of 238<\/sup>U, we know that some 234<\/sup>Th must have been transported from the original water mass. And that happens exclusively through sinking particles! All we need to do now is to determine how much Thorium is transported by how much POC, and we can calculate our POC flux from the lack in 234<\/sup>Th activity across a variety of water depths! Isn\u00b4t that fascinating???<\/p>\n\n\n\n

Stay tuned for more sciency facts and insights into our life on board RV Sonne. Feel free to comment and recommend this blog to your family and friends!<\/p>\n\n\n\n

Greetings from the South Pacific,<\/p>\n\n\n\n

Stephan Hamisch,<\/p>\n\n\n\n

GEOMAR Kiel, Student at the University of Bayreuth<\/p>\n\n\n\n

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Beta counter used to determine the activity of the sample on board. The small wooden box is cladded with bricks of lead shielding the detectors from environmental radiation and giving it a weight of over 450 kilogrammes \/ Betaz\u00e4hler zur Bestimmung der Aktivit\u00e4t der Probe an Bord. Die kleine Holzkiste ist mit Bleiziegeln ausgekleidet, die die Detektoren vor der Umgebungsstrahlung abschirmen und ihr ein Gewicht von \u00fcber 450 Kilogramm verleihen. Photo: Stephan Hamisch<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Partikel aufsp\u00fcren<\/strong><\/strong> durch nat\u00fcrliche Radioaktivit\u00e4t <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Heute ist der zehnte Tag auf See, und das Leben an Bord und die Probenahmeverfahren sind f\u00fcr die Wissenschaftler:innen auf der GEOTRACES-Fahrt SO289 zur Gewohnheit geworden. Nach einigen straffen Probenahmepl\u00e4nen f\u00fcr die Stationen in K\u00fcstenn\u00e4he geht es nun in die internationalen Gew\u00e4sser des S\u00fcdpazifiks mit einem Rhythmus von etwa einer Station pro Tag. Das bedeutet f\u00fcr die meisten von uns immer noch, dass sie eine gute Nacht in mehrere Nickerchen aufteilen m\u00fcssen, aber das geh\u00f6rt zum Abenteuer.<\/p>\n\n\n\n

Aber was genau raubt mir pers\u00f6nlich den Schlaf? Das Versenken von Teilchen! Genauer gesagt, um die Bestimmung des Partikelflusses und damit den Transport von Kohlenstoff in die Tiefen des Ozeans.
In den oberen Schichten des Ozeans gedeiht das Phytoplankton, das auf die verf\u00fcgbaren N\u00e4hrstoffe und das Sonnenlicht angewiesen ist, indem es Kohlendioxid (CO2<\/sub>) in organische Molek\u00fcle wie Zucker (organischer Kohlenstoff) umwandelt. Diese so genannte Prim\u00e4rproduktion ist die Grundlage fast des gesamten Nahrungsnetzes in den Weltmeeren (mit Ausnahme spezieller mariner \u00d6kosysteme wie hydrothermaler Schlote und hypersaliner Seen). <\/p>\n\n\n\n

Um diese Prim\u00e4rproduktion zu quantifizieren, reicht es nicht aus, nur die Menge des organischen Kohlenstoffs innerhalb der Produktivit\u00e4tszonen zu betrachten. Von gr\u00f6\u00dfter Bedeutung ist auch die Bestimmung der Menge an organischem Kohlenstoff, die diese Zonen verl\u00e4sst und als kleine Partikel (partikul\u00e4rer organischer Kohlenstoff, POC) auf den Meeresboden sinkt, wo er das Leben in der lichtlosen Tiefe unterst\u00fctzt. Aber wie kann man diese Abw\u00e4rtsbewegung von POC quantifizieren? In letzter Zeit haben Meeresforscher eine clevere Abk\u00fcrzung gew\u00e4hlt, um dieses R\u00e4tsel zu l\u00f6sen. Und diese Abk\u00fcrzung ist die nat\u00fcrliche RADIOAKTIVIT\u00c4T!<\/p>\n\n\n\n

In allen unseren Ozeanen ist 238<\/sup>U (Uran) ein gleichm\u00e4\u00dfig verteiltes und von Natur aus recht h\u00e4ufig vorkommendes radioaktives Isotop – und wir kennen seine Konzentration genau! Es geht keine Wechselwirkung mit Teilchen in seiner Umgebung ein und ist mit einer Halbwertszeit von mehreren Millionen Jahren recht langlebig, wobei es zu 234<\/sup>Th (Thorium) zerf\u00e4llt. Dieses 234<\/sup>Th ist jedoch mit einer Halbwertszeit von nur 24,1 Tagen weitaus weniger stabil und sehr teilchenreaktiv. Das bedeutet, dass 234<\/sup>Th im Gegensatz zu 238<\/sup>U sehr stark von Oberfl\u00e4chen angezogen wird und sich daher an Partikel wie unseren organischen Feinstaub anlagert! Aber wie k\u00f6nnen wir uns dieses Vorkommen zunutze machen?<\/p>\n\n\n\n

Wir machen uns eine sehr einfache physikalische Regel zunutze: Die Aktivit\u00e4t (Kernzerf\u00e4lle pro Minute) des Elternradionuklids (238<\/sup>U) und die des Tochternuklids (Zerfallsprodukt 234<\/sup>Th) ist gleich, wenn beide Nuklide im beobachteten System noch vorhanden sind. Wenn wir nun die Aktivit\u00e4t von 234<\/sup>Th an der Meeresoberfl\u00e4che messen und feststellen, dass sie geringer ist als die von 238<\/sup>U, wissen wir, dass etwas 234<\/sup>Th aus der urspr\u00fcnglichen Wassermasse transportiert worden sein muss. Und das geschieht ausschlie\u00dflich durch absinkende Partikel! Alles, was wir jetzt tun m\u00fcssen, ist zu bestimmen, wie viel Thorium durch wie viel POC transportiert wird, und wir k\u00f6nnen unseren POC-Fluss aus dem Mangel an 234<\/sup>Th-Aktivit\u00e4t \u00fcber eine Vielzahl von Wassertiefen berechnen! Ist das nicht faszinierend?<\/p>\n\n\n\n


Bleibt dran f\u00fcr weitere wissenschaftliche Fakten und Einblicke in unser Leben an Bord der RV Sonne. <\/p>\n\n\n\n

Kommentiert gerne und empfehlt Sie diesen Blog an Familie und Freunde weiter!<\/p>\n\n\n\n

Viele Gr\u00fc\u00dfe aus dem S\u00fcdpazifik,<\/p>\n\n\n\n

Stephan Hamisch
GEOMAR Kiel
Student an der Universit\u00e4t Bayreuth<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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