Die Bedeutung von Cyanobakterien für die Quecksilberemission der Ostsee
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Sowohl die Feldmessungen als auch die Freiland-Kulturexperimente zeigen, dass die Cyanobakterien in der Ostsee einen wesentlichen Anteil an der Umwandlung von ionischem in das flüchtige elementare Quecksilber haben. Bei den verschiedenen Kulturexperimenten lag der Anteil der lichtkontrollierten biotischen Umwandlung zwischen 55% und 85%, der Anteil der abiotisch, photochemischen Umwandlung bei etwa 27% im Mittel und der der lichtunabhängigen Umwandlung (heterotrophe Bakterien) bei etwa 20% in der hellen Phase des Tages. Aufgrund von variablen Abbauprozessen in der Dunkelphase ergaben sich im 24-Stunden Mittel für die lichtkontrollierte biotische Umwandlung und die abiotische Photochemie jeweils ungefähr 30% und der Rest von ca. 40% wurde durch die dunkle Umwandlung abgedeckt. Aufgrund der Untersuchungen von 2013 führte sowohl eine zu niedrige Temperatur in der Entwicklungsphase der Cyanobakterienblüte, als auch das ständige Bewegen, zu einer Reduktion der Umwandlung um ca. 35 % im 24-h Mittel. Im Oberflächenwasser wies die Verteilungen der Quecksilberkonzentration eine signifikante Korrelation mit der Cyanobakterienart Aphanizomenon sp. auf. Die Pikocyanobakterie Synechococcus zeigte besonders in den Kulturexperimenten einen wesentlichen Anteil an der Umwandlung, was wohl darin begründet war, dass sich die größeren Arten weniger gut in den Quarzkolben entwickelten. Aber auch im Feld ergaben sich immer wieder Zusammenhänge zwischen Synechococcus im Oberflächenwasser und der Konzentration von elementarem Quecksilber (Hg0). Mit mikrobiologischen Untersuchungen wurde die Kodierung der Quecksilber Reduktase in Nodularia und Dolichospermum (Anabaena) zwar eindeutig identifiziert, aber eine Aktivierung des Gens, die nur für die dominante Nodularia spumigena geprüft wurde, lag in den vorliegenden Umweltproben nicht vor. Mit den aufgezeigten Zusammenhängen lässt sich die lichtkontrollierte Quecksilberumwandlung im Oberflächenwasser für Synechococcus (Zellen/mL) am Tag auf 29 * 10^-6 fg/(h*Zelle) und -8.5 * 10^-6 fg/(h*Zelle) Hg in der Nacht sowie für Aphanizomenon sp. (µg C/L) auf 0.14 10^-6/h am Tag und -0.052 10^-6/h Hg für die Nacht bestimmen. Allerdings sind diese abgeschätzten spezifischen Umwandlungen nur als ein erster Versuch zu betrachten, eine Alternative zu der pauschalen und oft zweifelhaften Chlorophyll-basierten Abschätzung der biotischen Quecksilberumwandlung zu bieten. Aus mittleren Abundanzen von Synechococcus und Aphanizomenon sp. für die Juli-Monate von 2011, 2012 und 2013 und den bestimmten spezifischen Umwandlungen ergeben sich für die biotische Umwandlung 4.2, 3.4 und 8.0 ng/(m³h). Um die resultierenden Gesamtumwandlungen mit bestimmten Hg0-Emissionen zu vereinbaren, sollte sich die Umwandlung von ionischem Hg zu Hg0 im Wesentlichen auf die oberen 5-20 cm der lichtdurchfluteten Oberflächenschicht beschränken. Willems, W., et al. 2013. "Giftiges Schwermetall in der Umwelt: Wie Menschen vor Quecksilber geschützt werden sollen." http://www.focus.de/gesundheit/news/tid-33923/giftiges-schwermetall-in-er-umwelt-wie-menschen-vor-quecksilber-geschuetzt-werdensollen_aid_1120578.html
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2012). "Analytik auf hoher See - Bestimmung von elementarem Quecksilber in Meerwasser." LaborPraxis 03/2012: 22-24
Kuss, J., et al.
- (2012). "Quecksilber - das wandlungsfähige Element im biogeochemischen Kreislauf." GIT Labor-Fachzeitschrift 56(1): 33-35
Kuss, J.
- (2013). Analysis of marine mercury evasion from the Baltic Sea and comparison with the emissions of the Mediterranean Sea. Baltic Sea Science Congress, Klaipėda, Lithuania: 26.-30.8.2013
Kuss, J.
- (2013). Do cyanobacteria play a role in mercury emissions of the Baltic Sea? International conference on mercury as a global pollutant, Edinburgh, Scotland: 28.7.-2.8.2013
Kuss, J., et al.
- (2013). Quantification of the oceanic mercury source - An Overview of Atlantic mercury emission measurements. International conference on mercury as a global pollutant, Edinburgh, Scotland: 28.27.-22.28.2013
Kuss, J.
- (2014) Water–air gas exchange of elemental mercury: An experimentally determined mercury diffusion coefficient for Hg0 water–air flux calculations, Limnology and Oceanography, 59(5), 2014, 1461-1467
Kuss, J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.4319/lo.2014.59.5.1461) - 2014, Elemental mercury concentrations and fluxes in the tropical atmosphere and ocean. Environ. Sci. Technol.
Soerensen, A. L., Mason, R. P., Balcom, P. H., Jacob, D. J., Zhang, Y., Kuss, J., and Sunderland, E. M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/es503109p)
