Die Regulation von Eisen- und Sulfat-Reduktion in den Sedimenten arktischer Fjorde in Zeiten des Klimawandels

• Antragstellerin: Dr. Katja Laufer-Meiser
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389371177

Das Hauptziel dieses Projekts liegt in der Untersuchung, wie die beiden wichtigsten Prozesse der anaeroben Oxidation von organischem Kohlenstoff, die mikrobielle Eisen- und Sulfat-Reduktion, in marinen Sedimenten reguliert werden. Die mikrobielle Oxidation von organischem Kohlenstoff ist eine treibende Kraft für viele Elementkreisläufe. Der dominierende terminale Oxidationsprozess beeinflusst nicht nur die Geochemie des Sediments, sondern auch den Fluss von Nährstoffen wie Eisen, Mangan oder Phosphat aus dem Sediment. Die Dominanz der verschiedenen terminalen Oxidationsprozesse ändert sich in einer bestimmten Reihenfolge über die Sedimenttiefe. Es wird generell angenommen, dass diese durch die Thermodynamik bestimmt wird. Doch oftmals wird eine beträchtliche räumliche Überlappung von Eisen- und Sulfat-Reduktion beobachtet. Anscheinend spielen viele andere Faktoren wie die Kristallinität des Eisens und der damit einhergehenden kinetischen Einschränkung der Eisen-Reduktion oder die Verfügbarkeit von Elektronendonatoren eine Rolle. Wie genau diese Faktoren die Dominanz von Eisen- oder Sulfat-Reduktion beeinflussen, ist jedoch nicht bekannt.Ich werde untersuchen, wie die Konkurrenz zwischen Eisen- und Sulfat-Reduzierern in arktischen Sedimenten, die stark vom Klimawandel beeinflusst sind, reguliert wird. Die gegenwärtige und zukünftige Erwärmung des Arktischen Ozeans wird, wegen des dadurch erhöhten Abflusses aus den Gletschern wie auch der verringerten Seeeisbedeckung und der damit einhergehenden erhöhten Produktivität von Algen, den Gehalt von Eisen und Organik im Sediment verändern. Es ist unklar, wie diese Veränderungen die Dominanz von Eisen- oder Sulfat-Reduktion und damit die gesamte Biogeochemie von arktischen Sedimenten verändern werden. Die Fjorde an Svalbards Westküste, wo das warme Atlantikwasser auf das kalte Wasser des Arktischen Ozeans trifft, sind der ideale Ort um dies zu untersuchen. In den Fjorden gibt es Sedimente mit unterschiedlichsten geochemischen Bedingungen, die entweder die Dominanz von Eisen- oder Sulfat-Reduktion begünstigen. Ich werde eine Kombination von geochemischen, mikro- und molekularbiologischen Analysen an Sedimenten mit hohem oder niedrigem Eisen- und Organikgehalt sowie Experimente mit Reinkulturen von Eisen- und Sulfat-Reduzierern durchführen. Diese Studie wird zeigen, wie sensibel arktische Sedimente auf die erwarteten Veränderungen reagieren werden. Das Zentrum für Geomikrobiologie an der Universität in Aarhus ist der perfekte Gastgeber für dieses Projekt. Dort existiert nicht nur die nötige Expertise bezüglich biogeochemischen Prozessen und mikrobiellen Gemeinschaften in marinen Sedimenten, sondern auch die nötige Erfahrung mit Feldarbeiten in der Arktis. Die Vorarbeiten, die ich bereits für dieses Projekt geleistet habe, zeigen wie sensibel das Gleichgewicht von Eisen- und Sulfat-Reduktion durch Veränderungen im Eisen- oder Organikgehalt beeinflusst wird und wie ich mit diesem Projekt fortfahren kann.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Gastgeber: Professor Dr. Bo Barker Jørgensen