Eintrag von gelöstem Fe in das Oberflächenwasser von Ozeanen - quantitative Ansätze von der ICDP-Bohrung Hawaii durch Untersuchung des grenzflächengesteuerten Fe-Transfers aus vulkanischen Gesteinen des tieferen Untergrundes

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Behrens
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290773199

Eisen ist ein limitierender Nährstoff für das Wachstum von Phytoplankton im Oberflächenwasser der Ozeane und beeinflusst damit den globalen C-Kreislauf. Vulkanischen Produkten wird ein starker Einfluss auf das Fe-Budget in einigen Teilen der Ozeane zugeschrieben. So gibt es einen deutlichen Anstieg des Fe-Gehaltes im Oberflächenwasser um Hawaii und anderer Vulkaninseln. Für die quantitative Abschätzung des Fe-Eintrages in die Ozeane ist das Wissen über die komplexen, grenzflächengesteuerten Prozesse der Fe-Freisetzung und -Löslichkeit derzeit zu begrenzt (Ayris & Delmelle, 2012). Offen ist auch die Frage, ob mikrobielle Aktivität einensignifikanten Beitrag liefern kann. Es ist zu erwarten, dass die durch Grundwasserflüsse aus dem Boden und dem Meer erhöhte Bioaktivität, die Alteration der Gesteine beschleunigt und organische Komplexbildner liefert, die die Fe-Mobilität in der wässrigen Phase erhöhen. Die Proben der ICDP Bohrung HSDP2 bietet ein einzigartiges Archiv für verschiedene schwach bis stark alterierte vulkanische Gesteine bestehend aus Aschen, Lava und Kissenbasalten. Ein Vergleich dieser Proben mit Laborversuchen wird wichtige neue Erkenntnisse zu den Mechanismen der Fe- Mobilisierung liefern. Im ersten Jahr des Projektes wurden geeignete Proben ausgewählt. Die verschiedenen Bindungsformen von Eisen in den Bohrproben wurden durch sequentielle Extraktion identifiziert und quantifiziert. Es zeigte sich, dass Proben aus dem Süsswasserbereich deutlich besser kristallisiert sind als solche aus dem Salzwasserbereich. Besiedlungsexperimente mit dem Bakterienstamm Burkholderia fungorum führten zu einem sehr veränderten Freisetzungsverhalten von Eisen und anderen Elementen im Vergleich zu abiotischen Bedingungen. In Experimenten mit synthetischen Gläsern konnte gezeigt werden, dass spannungsreiche und Fe(II)reiche Gläser besonders leicht besiedelt werden. Im zweiten Jahr des laufenden Projektes werden wichtige Daten über die spezifische Oberfläche der Proben und deren Zetapotential in Abhängigkeit von Lösungszusammensetzung, Temperatur und Zeit ermittelt. Im dritten Jahr soll die Charakterisierung der Proben und deren Freisetzungscharakteristik für Eisen fortgesetzt werden. Hierfür sind u.a. Porenvolumen und -konnektivitätsbestimmungen mittels temperaturabhängiger Karl-Fischer Titration, Einbringen von Woods Metall und Quecksilberporosimetrie geplant. Diese Wasserfreisetzungsversuche liefern auch Informationen über Gehalte von Sekundärmineralen. Kombiniert mit tomographischen und spektroskopischen Methoden sowie Leachingversuchen werden diese Untersuchungen helfen, den Unterschied zwischen Süss- und Seewasserbedingungen auf die Entwicklung der Gesteine und die Mobilisierung von Fe besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm (ICDP)
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Axel Schippers