Biogeochemical processes in sandy beach sediments of Spiekeroog Island and Majorca
Oceanography
Final Report Abstract
Hochenergiestrände unterliegen einem starken Einfluss durch Gezeiten und Wellen, die Porenwasserzirkulation durch den Strand hervorrufen. Während Flut dringt Meerwasser in den Strandsand ein, das Sauerstoff und organische Substanz enthält. Während Ebbe fließt Porenwasser innerhalb des Sandkörpers Richtung Niedrigwasserlinie. Während der Aufenthaltszeit des Meerwassers im Sediment bauen Mikroorganismen die organische Substanz ab. Dieser Vorgang setzt anorganische Nährstoffe frei (C, N, P, Si), verbraucht Sauerstoff und bewirkt die Reduktion anderer Elektronenakzeptoren (NO3-, Mn-, Fe-Oxide, SO4^2-). Die Reduktion fester Mn- und Fe-Oxide bewirkt die Freisetzung von gelöstem Mn und Fe (Mikronährstoffe). Bei Niedrigwasser fließt nährstoffreiches Porenwasser in das angrenzende Meer zurück. Zusätzlich zu den biogeochemischen Prozessen im zirkulierenden Meerwasser wird die Zusammensetzung des Strandporenwassers durch den Eintrag von süßem Grundwasser, das an der Land-Meergrenze austritt, verändert (subterranes Ästuar). In diesem Projekt wurde der Einfluss der biogeochemischen Prozesse im subterranen Ästuar eines Hochenergiestrandes (Barriereinsel Spiekeroog) auf die Verteilung der redoxsensitiven Metalle U, Mo, Re und V untersucht. Im Gegensatz zu Mn und Fe, die unter reduzierenden Bedingungen freigesetzt werden, neigen diese Spurenmetalle dazu unter reduzierenden Bedingungen in die Festphase überzugehen. Es wurde gezeigt, dass die Porenwasserkonzentrationen von U, Mo, Re und V nicht alleine durch konservative Mischung von süßem Grundwasser und Meerwasser erklärbar sind, sondern durch biogeochemische Prozesse im Strand verändert werden, die außerdem Einfluss auf die 2-Isotopenzusammensetzung des SO4 haben. Die Redoxreaktionen, die im Strand auftreten, könnten außerdem durch das Vorkommen von reaktivem Mn(III) beschleunigt werden. Berechnungen der Metalleinträge und -austräge zeigten, dass der Strand auf Spiekeroog als V-, U- und Re-Senke, aber als Fe-, Mn-, und Mo-Quelle fungieren könnte. Die Fe-Isotopenverhältnisse in Fe-reduzierenden Porenwässern weisen in tieferen, auch süßwasserbeeinflussten Bereichen auf Fe-Sulfidbildung hin, wohingegen sie nahe der Strandoberfläche auf Reoxidation und Fällung des gelösten Fe hindeuten, sodass der Fe- Austrag in die Wassersäule limitiert sein könnte. Weiterhin wurde das Verhalten redoxsensitiver Spurenmetalle entlang der Redoxgradienten im süßen Grundwasser der Insel untersucht, da am untersuchten Strand ein deutlicher Süßwassereintrag festgestellt werden konnte. Dies ergab, dass die Spurenmetalle U, Mo, Tl und V in oxischen bis nitratreduzierenden Grundwasserzonen wie den jungen Süßwasserlinsen im Osten Spiekeroogs aus dem Sediment mobilisiert werden, welches gegenüber Regen- und Meerwassereintrag die dominierende Metallquelle darstellt. In älteren, Mn/Fe/SO4^2-reduzierenden Grundwasserbereichen, die maßgeblich das Porenwasser im untersuchten Strand beeinflussen, werden die Metalle in unterschiedlichem Maße aus der gelösten in die feste Phase überführt (Tl > U > Mo > V), sodass die Quellenfunktion des süßen Grundwassers für das angrenzende Meer limitiert ist.
Publications
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