Koraller fäller ut sina kalkhaltiga skelett (kalciumkarbonat) från havsvatten. Under tusentals år, stora korallrev bildas på grund av avsättningen av detta kalciumkarbonat. Under nederbörd, koraller föredrar karbonatgrupper som innehåller specifika varianter av syre (kemisk symbol:O). Till exempel, ju lägre vattentemperatur, ju högre förekomst av en variant av tungt syre, känd som isotop ¹⁸ O, i det utfällda karbonatet. Tyvärr, de ¹⁸ O överflöd av havsvattnet påverkar också överflödet av ¹⁸ O i kalciumkarbonatet - och bidraget från ¹⁸ O från havsvatten kan inte lösas upp vid bestämning av temperaturer baserat på karbonat ¹⁸ O överflöd bara.

Ett stort steg framåt var upptäckten att den isotopiska sammansättningen av det utfällda karbonatet möjliggör temperaturbestämningar oberoende av vattnets sammansättning om överflödet av en specifik, mycket sällsynt karbonatgrupp mäts. Denna karbonatgrupp innehåller två tunga isotoper, en tung kolisotop (13C) och en tung syreisotop ( ¹⁸ O) som kallas "klumpade isotoper". Klumpade isotoper är rikligare vid lägre temperaturer.

Dock, även med denna metod fanns det fortfarande ett problem:själva mineraliseringsprocessen kan påverka inkorporeringen av tunga isotoper i kalciumkarbonatet (kinetiska effekter). Om det inte är identifierat, den förspänning som införs av sådana kinetiska effekter leder till felaktiga temperaturbestämningar. Detta gäller särskilt för klimatarkiv som koraller och grottkarbonater.

En internationell forskargrupp ledd av professor Jens Fiebig vid institutionen för geovetenskap vid Goethe-universitetet i Frankfurt har nu hittat en lösning på detta problem. De har utvecklat en mycket känslig metod genom vilken - förutom den karbonatgrupp som innehåller ¹³ C och ¹⁸ O — en annans överflöd, ännu sällsynta karbonatgrupper kan bestämmas med mycket hög precision. Denna grupp innehåller också två tunga isotoper, nämligen två tunga syreisotoper ( ¹⁸ O).

Om de teoretiska mängderna av dessa två sällsynta karbonatgrupper plottas mot varandra i en graf, temperaturen påverkas av en rak linje. Om, för ett givet prov, de uppmätta mängderna av de två tunga karbonatgrupperna producerar en punkt bort från den räta linjen, denna avvikelse beror på inverkan av mineraliseringsprocessen.

David Bajnai, Fiebigs tidigare doktorand studerande, tillämpade denna metod på olika klimatarkiv. Bland andra, han undersökte olika korallarter, grottkarbonater och det fossila skelettet av en bläckfiskliknande bläckfisk (belemnit).

I dag, Dr Bajnai är postdoktoral forskare vid universitetet i Köln. Han förklarar:"Vi kunde visa att - förutom temperatur - mekanismerna för mineralisering också i hög grad påverkar sammansättningen av många av de karbonater som vi undersökte. När det gäller grottkarbonater och koraller, de observerade avvikelserna från den exklusiva temperaturkontrollen bekräftar modellberäkningar av respektive mineraliseringsprocesser utförda av Dr. Weifu Guo, vår samarbetspartner vid Woods Hole Oceanographic Institution i USA. Den nya metoden, för första gången, gör det möjligt att kvantitativt bedöma påverkan av själva mineraliseringsprocessen. Den här vägen, den exakta temperaturen för karbonatbildningen kan bestämmas."

Professor Jens Fiebig är övertygad om att den nya metoden har stor potential:"Vi kommer att validera vår nya metod ytterligare och identifiera klimatarkiv som är särskilt lämpliga för en exakt och mycket exakt rekonstruktion av tidigare jordytemperaturer. Vi tänker också använda vår metod för att studera den effekt som antropogen havsförsurning har på karbonatmineralisering, till exempel i koraller. Den nya metoden kan till och med tillåta oss att uppskatta pH-värdena för tidigare hav." Om allt detta lyckas, återuppbyggnaden av miljöförhållanden som rådde genom jordens historia skulle kunna förbättras avsevärt, han lägger till.