Einfluss des Eisenkreislauf in Kontinentalrandsedimenten auf den Nährstoff- und Sauerstoffhaushalt des Ozeans

• Antragsteller: Professor Dr. Florian Scholz
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283168947

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das ICONOX-Projekt, das zwischen 2016 und 2025 durchgeführt wurde, widmete sich der Entschlüsselung komplexer biogeochemischer Rückkopplungsmechanismen zwischen dem Kreislauf von Eisen (Fe), Stickstoff und Spurenelementen in der Wassersäule und in den Sedimenten von sauerstoffarmen Meeresgebieten. Im Rahmen mehrerer Forschungsexpeditionen untersuchte das Projektteam, unter welchen Umweltbedingungen sedimentäres Fe in die Wassersäule freigesetzt wird, wo es die biologische Produktivität unterstützen kann. Zusätzlich wurden marine Paläo-Umweltarchive ausgewertet, um potenzielle Rückkopplungsmechanismen zwischen der Freisetzung oder Rückhaltung von sedimentärem Fe, dem Kohlenstoff- und Nährstoffkreislauf sowie dem Sauerstoffverbrauch im tieferen Ozean zu identifizieren. Diese empirischen Erkenntnisse flossen in die Entwicklung numerischer Modelle ein, die untersuchen, wie gekoppelte Kreisläufe von Fe, Nährstoffen und Kohlenstoff auf die anthropogen bedingte Sauerstoffabreicherung im Ozean reagieren könnten. Das Projekt zeigte, dass die Freisetzung und Umverteilung von Fe aus Sedimenten ein weitverbreitetes Phänomen in sauerstoffarmen Meeresgebieten ist. Allerdings erreicht nur ein geringer Teil des mobilisierten Fe tatsächlich die Meeresoberfläche, um dort die Primärproduktion zu fördern. Ein großer Anteil wird stattdessen in der Wassersäule oder im Sediment zurückgehalten oder umgewandelt. Eine zentrale Erkenntnis des Projekts war, dass die chemische Verwitterung auf dem Festland einen entscheidenden Einfluss auf die Menge an reaktivem Fe hat, die in marine Sedimente gelangt. Zudem wurde festgestellt, dass die Umwandlung von Silikatmineralen, einschließlich ihrer Veränderung, teilweisen Auflösung und Neubildung, die Mobilität von sedimentärem Fe maßgeblich beeinflusst. Modellergebnisse zeigten, dass die Freisetzung von sedimentärem Fe dynamisch auf abnehmende Sauerstoffkonzentrationen im Bodenwasser reagiert. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die fortschreitende Sauerstoffverarmung der Ozeane die Freisetzung von Fe aus Sedimenten weiter fördern könnte, was in bestimmten Regionen die Eisenlimitierung verringern und durch gesteigerte biologische Aktivität den Sauerstoffverbrauch in tieferen Wasserschichten erhöhen würde. Das ICONOX-Projekt liefert somit wichtige Erkenntnisse darüber, wie die Elementkreisläufe im Ozean miteinander verknüpft sind und wie sie sich unter zukünftigen klimatischen Bedingungen verändern könnten.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Chromium isotope cycling in the water column and sediments of the Peruvian continental margin. Geochimica et Cosmochimica Acta, 257, 224-242.
  Bruggmann, S.; Scholz, F.; Klaebe, R.M.; Canfield, D.E. & Frei, R.
  
• Dissolved benthic phosphate, iron and carbon fluxes in the Mauritanian upwelling system and implications for ongoing deoxygenation. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 143, 70-84.
  Schroller-Lomnitz, U.; Hensen, C.; Dale, A.W.; Scholz, F.; Clemens, D.; Sommer, S.; Noffke, A. & Wallmann, K.
  
• Cretaceous oceanic anoxic events prolonged by phosphorus cycle feedbacks. Climate of the Past, 16(2), 757-782.
  Beil, Sebastian; Kuhnt, Wolfgang; Holbourn, Ann; Scholz, Florian; Oxmann, Julian; Wallmann, Klaus; Lorenzen, Janne; Aquit, Mohamed & Chellai, El Hassane
  
• Development of Iron Speciation Reference Materials for Palaeoredox Analysis. Geostandards and Geoanalytical Research, 44(3), 581-591.
  Alcott, Lewis J.; Krause, Alexander J.; Hammarlund, Emma U.; Bjerrum, Christian J.; Scholz, Florian; Xiong, Yijun; Hobson, Andrew J.; Neve, Lesley; Mills, Benjamin J. W.; März, Christian; Schnetger, Bernhard; Bekker, Andrey & Poulton, Simon W.
  
• A new view on the evolution of seawater molybdenum inventories before and during the Cretaceous Oceanic Anoxic Event 2. Chemical Geology, 582, 120399.
  Siebert, Christopher; Scholz, Florian & Kuhnt, Wolfgang
  
• Constraining Global Marine Iron Sources and Ligand‐Mediated Scavenging Fluxes With GEOTRACES Dissolved Iron Measurements in an Ocean Biogeochemical Model. Global Biogeochemical Cycles, 35(8).
  Somes, Christopher J.; Dale, Andrew W.; Wallmann, Klaus; Scholz, Florian; Yao, Wanxuan; Oschlies, Andreas; Muglia, Juan; Schmittner, Andreas & Achterberg, Eric P.
  
• Persistent deep water anoxia in the eastern South Atlantic during the last ice age. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(49).
  Riedinger, Natascha; Scholz, Florian; Abshire, Michelle L. & Zabel, Matthias
  
• Recycling and Burial of Biogenic Silica in an Open Margin Oxygen Minimum Zone. Global Biogeochemical Cycles, 35(2).
  Dale, A. W.; Paul, K. M.; Clemens, D.; Scholz, F.; Schroller‐Lomnitz, U.; Wallmann, K.; Geilert, S.; Hensen, C.; Plass, A.; Liebetrau, V.; Grasse, P. & Sommer, S.
  
• Updated estimates of sedimentary potassium sequestration and phosphorus release on the Amazon shelf. Chemical Geology, 560, 120017.
  Spiegel, Timo; Vosteen, Paul; Wallmann, Klaus; Paul, Sophie A.L.; Gledhill, Martha & Scholz, Florian
  
• Environmental changes affect the microbial release of hydrogen sulfide and methane from sediments at Boknis Eck (SW Baltic Sea). Frontiers in Microbiology, 13.
  Perner, Mirjam; Wallmann, Klaus; Adam-Beyer, Nicole; Hepach, Helmke; Laufer-Meiser, Katja; Böhnke, Stefanie; Diercks, Isabel; Bange, Hermann W.; Indenbirken, Daniela; Nikeleit, Verena; Bryce, Casey; Kappler, Andreas; Engel, Anja & Scholz, Florian
  
• Nutrient turnover by large sulfur bacteria on the Namibian mud belt during the low productivity season. Frontiers in Marine Science, 9.
  Chuang, Pei-Chuan; Anderson, Chloe H.; Kossack, Michael; Fabian, Jenny; Su, Chih-Chieh; Vosteen, Paul; Zabel, Matthias; Scholz, Florian; Schulz-Vogt, Heide N.; Sommer, Stefan & Dale, Andrew W.
  
• Smaller fish species in a warm and oxygen-poor Humboldt Current system. Science, 375(6576), 101-104.
  Salvatteci, Renato; Schneider, Ralph R.; Galbraith, Eric; Field, David; Blanz, Thomas; Bauersachs, Thorsten; Crosta, Xavier; Martinez, Philippe; Echevin, Vincent; Scholz, Florian & Bertrand, Arnaud
  
• Uranium isotope cycling on the highly productive Peruvian margin. Chemical Geology, 590, 120705.
  Bruggmann, S.; Gilleaudeau, G.J.; Romaniello, S.J.; Severmann, S.; Canfield, D.E.; Anbar, A.D.; Scholz, F. & Frei, R.
  
• Benthic-pelagic coupling and isotopic fractionation of barium in Kiel Bight, SW Baltic Sea. Frontiers in Marine Science, 10.
  Scholz, Florian; Cheng, Jun; Zhang, Zhouling; Vosteen, Paul; Siebert, Christopher & Frank, Martin
  
• Coastal El Niño triggers rapid marine silicate alteration on the seafloor. Nature Communications, 14(1).
  Geilert, Sonja; Frick, Daniel A.; Garbe-Schönberg, Dieter; Scholz, Florian; Sommer, Stefan; Grasse, Patricia; Vogt, Christoph & Dale, Andrew W.
  
• Dominance of benthic fluxes in the oceanic beryllium budget and implications for paleo-denudation records. Science Advances, 9(23).
  Deng, Kai; Rickli, Jörg; Suhrhoff, Tim Jesper; Du, Jianghui; Scholz, Florian; Severmann, Silke; Yang, Shouye; McManus, James & Vance, Derek
  
• Sedimentary molybdenum and uranium cycling under seasonally contrasting redox conditions on the Namibian Shelf. Geochimica et Cosmochimica Acta, 358, 174-191.
  Kossack, Michael; Scholz, Florian; Anderson, Chloe H.; Vosteen, Paul; Su, Chih-Chieh; Mohrholz, Volker & Zabel, Matthias
  
• Early Diagenetic Controls on Sedimentary Iodine Release and Iodine‐To‐Organic Carbon Ratios in the Paleo‐Record. Global Biogeochemical Cycles, 38(2).
  Scholz, Florian; Hardisty, Dalton S. & Dale, Andrew W.
  
• Refining the roles of productivity, redox, and remineralization on the cadmium isotope composition of marine sediments. Geochimica et Cosmochimica Acta, 372, 134-153.
  Tegler, Logan A.; Nielsen, Sune G.; Wang, Yi; Scholz, Florian; Owens, Jeremy D.; Peterson, Larry; Auro, Maureen; Kinsley, Christopher W.; Lam, Phoebe & Horner, Tristan J.
  
• Stable tungsten (W) isotope systematics in marine sediments: a potential paleo-proxy for deep ocean oxygenation. Earth and Planetary Science Letters, 660, 119346.
  Yang, Ruiyu; Gutjahr, Marcus; Scholz, Florian; Kurzweil, Florian; Eroglu, Sümeyya & Münker, Carsten
  
• Trace metal evolution of the Late Cretaceous Ocean. Chemical Geology, 671, 122477.
  Sun, Mingzhao; Archer, Corey; Scholz, Florian; Sweere, Tim & Vance, Derek