Mit Computertomografie Millionen von Jahren zurück in die Erdgeschichte blicken

Juli 27, 2023 | Gina Naujokat

Eine Sedimentplatte aus dem Holsteiner Gestein sollte mittels Computertomografie auf ihren Fossiliengehalt untersucht werden. Die CT-Technologie lieferte Ergebnisse, mit denen niemand gerechnet hatte.

Die Geowissenschaften und besonders die Paläontologie öffnen uns Fenster in die Vergangenheit unserer Erde und liefern Aufschlüsse über Veränderungen unseres Lebensraums über Millionen von Jahren zurück. Arten, die möglicherweise seit langem ausgestorben sind, zeichnen Bilder des Lebens lange vor der Entstehung der Menschheit in einer Umgebung und Vegetation, die sich von der heutigen drastisch unterscheiden. Es sind nicht nur Saurierfunde, die unsere Vorstellungen beflügeln, sondern viel mehr auch Fossilien im Mikrometerbereich, die belegen, welchen enormen Veränderungen unser Planet unterworfen war. Und wir staunen, welche Erkenntnisse Wissenschaftler bereits gewonnen haben und welche Rückschlüsse auf unsere Zukunft gezogen werden können.

Dr. Ulrich Kotthoff, Leiter der Paläontologie des Leibniz-Instituts zur Analyse des Biodiversitätswandels in Hamburg und ein Team aus Forschenden der Mikropaläontologie der Universität Hamburg, des Foraminifera.eu Labs und des LIBs waren kürzlich in der Comet Yxlon Application Factory, um zu sehen, was die heutige Röntgentechnologie für ihre Forschung leisten kann. Eine Sedimentplatte aus dem Holsteiner Gestein, einem speziellen Sandstein, der vornehmlich im östlichen Schleswig-Holstein gefunden wird, sollte mittels Computertomografie auf ihren Gehalt an Fossilien untersucht werden.

Bislang werden solche Untersuchungen vorwiegend durch die Zerstörung des Gesteins realisiert, was jedoch immer die Gefahr mit sich bringt, dass auch die enthaltenen Fossilien Schaden nehmen. Daher ist die zerstörungsfreie Untersuchung eine attraktive Alternative, wenn die nötige Auflösung erreicht werden kann. Neue technologische Möglichkeiten konnten tatsächlich Resultate liefern, mit denen niemand gerechnet hatte: Nicht nur größere Schnecken wurden deutlich sichtbar, sondern auch eine Ansammlung von millimeterkleinen Foraminiferen-Gehäusen. Foraminiferen sind Einzeller, die in marinen Lebensräumen wie Ozeanen oder auch Salzwiesen vorkommen. Die ältesten Foraminiferen, die gefunden wurden, sind rund 540 Millionen Jahre alt. Wissenschaftler können an ihren Schalen kleinste Veränderungen der jeweiligen Umweltbedingungen ablesen und somit weit zurück in die Klima- und Meeresentwicklung blicken.

Die mitgebrachte Fossilienplatte wurde im hochauflösenden Computertomografiesystem FF35 CT gescannt. Mit der konventionellen Kreisbahn-Trajektorie im QuickScan der Vista Software wurde eine dreidimensionale Übersicht der Platte erstellt. Der erzeugte 3D-Datensatz hatte eine Voxelgröße von 50 µm und lieferte den Forschenden erste Erkenntnisse aus dem Inneren des Prüfobjekts in bekannter Auflösung.

Abb. 1: Fossilienplatte aus dem Holsteiner Gestein
Abb. 2: Höchste Auflösung durch minimalen Abstand mit ZoomScan
Abb. 3: Querschnitt durch das 3D-CT-Volumen der Fossilienplatte mit Vista QuickScan

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Durch Einsatz des ZoomScan aus dem VistaX Package konnte die Detailerkennbarkeit um den Faktor 10 verbessert werden. Bei einer kleinen Voxelgröße von nur 7 µm konnten im Gestein millimeterkleine Gehäuse von Foraminiferen erkannt werden, die man in dieser Ansammlung vorher nicht erwartet hatte.

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Abb. 4-6: VistaX ZoomScan "öffnet neue Horizonte" - neben den Schneckengehäusen millimeterkleine Foraminiferen

Abb. 6: Oberflächenmodess eines Foraminifera-Gehäuses basierend auf dem VistaX ZoomScan

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Wesentlich schneller durchzuführen ist allerdings der im VistaX Pro Package enthaltende LayerScan, eine Comet Yxlon Computerlaminografie-Technologie, die hochauflösende Schichtbilder von flachen Teilen erstellt, ohne die Notwendigkeit einer 360°-Drehung. Mit dem LayerScan wurde eine Voxelgröße von 5 µm erreicht.

Abb. 7: Maximale Detailerkennbarkeit mit VistaX Pro LayerScan

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Die direkten Vergleiche im Maßstab:

Abb. 8: Vista QuickScan vs. VistaX ZoomScan

Abb. 9: Vista QuickScan vs. VistaX Pro LayerScan

Die Möglichkeiten der fortschreitenden Röntgentechnologie bringen der Wissenschaft begeisternde Einblicke und wecken gleichzeitig Erwartungen für die Zukunft. Dr. Ulrich Kotthoff zeigt sich begeistert:

„Das für mich und die Kollegen Überraschende war, neben den deutlich größeren Schnecken die Foraminiferengehäuse erkennen zu können. Neben der Möglichkeit, diese Mikrofossilien ohne Zerstörung des Gesteins untersuchen zu können, ist die Option spannend, deren Volumenanteil am Gestein bestimmen zu können. Sollte eine noch höhere Auflösung möglich sein, könnte man die Foraminiferen auch noch genauer bestimmen. Weiterführend könnten wir noch einige weitere Stücke desselben Gesteins von anderen Fundstellen untersuchen, um zu sehen, ob die Foraminiferen- und Schneckendichte an allen Fundorten ähnlich ist oder ob es regionale Unterschiede gibt. Bestenfalls könnte man bei genauerer Bestimmung anhand der Mikrofossilien auch auf die frühere Wassertiefe schließen.“

Fragestellungen gibt es in der Forschung jede Menge. Wir arbeiten mit unseren Entwicklungen weiterhin daran, brillante Werkzeuge für deren Beantwortung zur Verfügung zu stellen.

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