Bildung und Dynamik organo-mineralischer Assoziationen in redoximorphen Böden

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Karin Eusterhues; Professor Dr. Carsten Werner Müller; Professor Dr. Thilo Rennert
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244877913

Die Entstehung und Entwicklung von redoximorphen Böden ist durch den periodischen Wechsel oxidierender und reduzierender Bedingungen gekennzeichnet. Durch reduktive Auflösung und spätere oxidative Neu-bildung von Fe- und Mn-Oxiden erfolgt in diesen Böden eine Umverteilung von Eisen und Mangan mit charakteristischen An- und Abreicherungszonen und Mineraltransformationen.Das Ziel des beantragten Projekts ist es, Bildung und Dynamik von organo-mineralischen Assoziationen in redoximorphen, grundwasserbeeinflussten Böden und damit die Veränderungen der Mineralphasen und organischen Substanz zu verstehen. Besonderes Gewicht soll dabei auf der Charakterisierung der Fe- und Mn-Oxide liegen, die sich in Anwesenheit gelöster organischer Substanz bilden. Organische Substanz beeinflusst strukturelle Eigenschaften von Fe-Oxiden und wird selbst durch Bindung an die Mineralphase gegen Abbau stabilisiert. Wir postulieren die Alterung von Fe-Oxiden in Redoxzyklen zu kristallineren Phasen, deren Reaktivität hinsichtlich organischer Substanz sich verändert. Wir postulieren die bevorzugte Bindung von aromatischen Komponenten und die räumliche Differenzierung von Fe- und Mn-Oxiden und damit assoziierter organischer Substanz. Die in-situ-Bildung der Minerale in Anwesenheit von organischer Substanz, d.h. ihre Assoziationen, wollen wir räumlich hochaufgelöst studieren: Die chemische Zusammensetzung der As-soziationen soll mittels Nano-Sekundärionenmassenspektrometrie (NanoSIMS) auf der Nanometerskala und die Speziierung von Fe und Mn soll auf der Mikrometerskala mit röntgenabsorptionsspektroskopischen Methoden (XANES/EXAFS) charakterisiert werden. Die Bildung von organo-mineralischen Assoziationen soll dabei in Untersuchungen steigender Komplexität und Naturnähe nachvollzogen werden: von Studien zu Bildung und Eigenschaften organo-mineralischer Assoziationen in Mineralmischungen über Studien mit ungestörten Go-Horizonten bis zu Feldstudien im Go-Horizont einer Kalkmarsch, in der in situ gebildete Asso-ziationen gewonnen werden sollen. Die Differenzierung experimentell neu gebildeter organo-mineralischer Assoziationen von älteren bodenbürtigen wird durch die Verwendung 13C- bzw. 15N-markierter organischer Modellverbindungen und 18O2 in der Bodenluft erreicht.Dieses Projekt wird zum Verständnis der bisher unklaren Zusammenhänge zwischen redox-sensitiven Metalloxiden und dem C-Kreislauf in Böden beitragen. Es berührt aufgrund der hohen Reaktivität der Fe- und Mn-Oxide ebenso den Kreislauf verschiedener Schad- und Nährstoffe.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen