Das Idaho National Laboratory ist vielleicht am besten für seine innovative Forschung bekannt, die dazu beiträgt, die saubere Energiewirtschaft von heute und morgen zu gestalten – und das aus gutem Grund. Aber während sich ein Großteil der Arbeit des Labors auf den Aufbau einer nachhaltigen Zukunft konzentriert, trägt das INL auch dazu bei, die Vergangenheit zu bewahren.
INL-Forscher haben kürzlich mehrere Fossilien mit einem leistungsstarken Röntgenmikroskop abgebildet. Die 3D-Bilder werden verwendet, um Exponate für Wyomings Fossil Butte National Monument zu erstellen und Experten dabei zu helfen, einen Einblick in die Ursprünge dieser und anderer Relikte zu gewinnen.
Die Fossilien, die in privaten Steinbrüchen rund um Wyoming gefunden wurden, wurden mit einer als Röntgenmikroskopie bekannten Technik abgebildet. Am INL verwenden Forscher in der Regel hochauflösende Röntgenmikroskopie, um Proben – wie Proben von bestrahltem Kernbrennstoff – mit einer Detailgenauigkeit zu betrachten, die mit herkömmlichen Mikroskopen nicht möglich ist. Die Tiefe und Granularität, die diese Technik bietet, wird Paläontologen dabei helfen, viel über diese Fossilien zu lernen – einschließlich eines unbekannten Objekts, das einem Insektenei oder einer Erbsenschote ähnelt – und die Bedingungen, unter denen sie entstanden sind.
„Sie können die Kalksteinschichten sowie Submillimeter- und dünnere organische Materialien sehen, die zu wachsartigen Prä-Erdöl-Substanzen um das Exemplar herum komprimiert wurden“, sagte Arvid Aase, Paläontologe und Museumskurator am Fossil Butte National Monument. „Diese unglaublich detaillierten Bilder werden uns dabei helfen, die Taxonomie des Organismus zu bestimmen und Informationen über seinen Fossilisierungsprozess zu enthüllen, beispielsweise wie lange er auf dem Boden des Sees lag, bedeckt mit Mikroben, bevor er von Kalkstein begraben wurde.“
Der Fossilisierungsprozess könnte über einen Zeitraum von Monaten stattgefunden haben, obwohl der Zeitpunkt noch unbekannt ist, fügte er hinzu.
Begraben in der Geschichte
Kalkstein ist eine Art Sedimentgestein, das sich normalerweise in flachen Meeresumgebungen bildet. Wenn sich die Überreste von Organismen mit Schalen auf Kalkbasis wie Mollusken und Schnecken auf dem Meeresboden ansammeln, bilden sie nach und nach Sedimentschichten. Durch einen als Lithifizierung bekannten Prozess entwickeln sich Kalksteinablagerungen, wenn sich die Kalziumkarbonatpartikel zu festen Gesteinsformationen verfestigen. Diese Formationen enthalten oft, wenn auch nicht immer, Fossilien.
Kalkstein kann sich auch bilden, wenn Wasser, das reich an Calciumcarbonat-Ionen ist, verdunstet. Regenwasser ist leicht sauer und löst beim Über- oder Durchfließen einen Teil des Kalksteins auf und zerlegt ihn in Calciumcarbonat-Ionen. Wenn stehendes Wasser verdunstet, werden die Ionen im See oder flachen Ozean konzentriert. Wenn das Wasser die Sättigung erreicht, setzt der Wind, der das Wasser bewegt, gelöstes Kohlendioxid frei, wodurch sich die Calciumcarbonat-Ionen verbinden und Calcitmoleküle bilden, die sich am Boden absetzen.
Im alten Fossil Lake, wo das unbekannte Objekt gefunden wurde, bildeten diese Karbonatmoleküle eine dünne Schicht über einer mikrobiellen Matte, die den Seeboden viele tausend Male über dem Karbonatsediment neu besiedelte. Am Boden angesiedelte Organismen wurden in die Schichten eingebaut und versteinert. Über Hunderte von Jahren trocknete der Karbonatschlamm aus und die Moleküle verbanden sich zu Kalkstein.
„Es scheint, dass das nicht identifizierte Fossil während eines Sturms auf den Seegrund gefallen ist, da sowohl über als auch unter dem Fossil Kalkstein vorhanden war“, sagte Aase. Die Bilder werden an Forscher der University of Florida sowie in Kanada und Frankreich gesendet, um bei der Klassifizierung des kryptischen Fossils zu helfen. „Basierend auf der Morphologie ist es möglicherweise eine Eihülle, obwohl es auch eine Samenstruktur sein könnte“, sagte er.
Zusammenarbeit für die Wissenschaft
Die Bildgebung wurde im Irradiated Materials Characterization Laboratory des INL durchgeführt, einer Einrichtung mit ausgeklügelten Instrumenten, die hauptsächlich zur Untersuchung von Kernbrennstoffen und -materialien auf mikrostruktureller Ebene verwendet werden, nachdem sie in einem Reaktor bestrahlt wurden. Die Einrichtung ist eine von 50 ausgewiesenen Nuclear Science User Facilities (NSUF) im ganzen Land.
Das NSUF-Programm des Energieministeriums bietet Kernenergieforschern kostenlosen Zugang zu und Unterstützung in diesen Einrichtungen, wobei die Auswahl in einem Wettbewerbsverfahren bestimmt wird. Obwohl diese Zusammenarbeit zur Bildgebung von Fossilien nicht im Rahmen der NSUF-Initiative organisiert wurde, hoffen INL-Forscher, mehr Interesse unter Nicht-Nuklearwissenschaftlern an der Verwendung dieser Instrumente zu wecken.
„Das INL verfügt über das einzige ZEISS-Röntgenmikroskop in der Region Idaho/Montana/Wyoming, und es kann für eine Vielzahl von Anwendungen über die Nachbestrahlungsuntersuchung hinaus verwendet werden“, sagte Nikolaus Cordes, Instrumentenwissenschaftler am INL. „Der Zugang lokaler Forscher zu diesem Mikroskop wird dazu beitragen, Beziehungen zu fördern, Spitzenforschung in mehreren Bereichen der Wissenschaft zu erleichtern und die Mission des INL für das Management kultureller Ressourcen zu fördern.“
Das Cultural Resource Management-Team des INL ist damit beauftragt, Überlegungen zu kulturellen Ressourcen in die Projekt- und Landnutzungsplanung und -implementierung für Laborprojekte und -programme zu integrieren. Das Team besteht aus Archäologen, Historikern und Naturschützern, die INL bei der Durchführung seiner Mission unterstützen und gleichzeitig auf die zerbrechlichen Artefakte achten, sowohl natürliche als auch von Menschenhand geschaffene, die auf dem fast 900 Quadratmeilen großen Grundstück von INL in Hülle und Fülle zu finden sind.
„Ich bin vor ungefähr drei Jahren zum ersten Mal mit INL-Forschern in Kontakt gekommen, und es war großartig, mit ihnen zusammenzuarbeiten“, sagte Aase. „Die Bilder, die wir erhalten, werden uns dabei helfen, mehr über die Fossilien selbst sowie über das Sediment zu erfahren, in dem sie gefunden wurden.“
Aase plant außerdem, die Bilder zu verwenden, um drehbare 3D-Exponate für Besucher des Fossil Butte National Monument zu erstellen.
Bereitgestellt vom DOE/Idaho National Laboratory