Entwicklung eines thermodynamischen Modells zur Beschreibung von Wechselwirkungen zwischen Spurenelementen und organischen Stoffen im Ozean.

• Antragstellerinnen: Dr. Martha Gledhill; Professorin Dr. Andrea Koschinsky
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 393829236

Spurenelemente können die ozeanische Produktivität limitieren und beeinflussen dadurch die Menge an Kohlenstoffdioxid, die marines Phytoplankton aus der Atmosphäre entfernt. In Hinblick auf das Wachstum von Phytoplankton ist Eisen das wohl kritischste Spurenelement, da es die Produktivität in fast 30% der Weltmeere limitiert. Das kritischste dieser Spurenelemente im Hinblick auf Phytoplanktonwachstum ist Eisen, welches die Produktivität in ca. 30% der Ozeane limitiert. Fortschritte in Bezug auf die Aufnahme des Eisens in biogeochemischen und klimatischen Modellen sind nötig, um die Auswirkung des Kohlenstoffdioxids auf das Erdklima einzuschätzen. Die Inkorporation von Eisen in biogeochemische und klimatische Modelle benötigt jedoch ein fundamentales Verständnis der Chemie des Eisens im Meerwasser, da das Verhalten des Eisens durch den ozeanischen pH-Wert, Temperatur und gelöste organische Stoffe beeinflusst wird. Organische Materie hat bekanntlich einen großen Effekt auf die chemischen Prozesse; dennoch wurden deren Wechselwirkungen mit Eisen bisher nur vereinfacht dargestellt und die Komplexität organischer Materie wird nicht berücksichtigt. In diesem Projekt beabsichtigen wir die Parametrisierung der Chemie des Eisens im Meerwasser anhand modernster Vorgehensweisen, die in realistischer Art die komplexe Chemie organischer Materie darstellt. Für unseren Ansatz werden wir das Non-Ideal Competitve Adsorption (NICA) Modell anwenden, welches auf der thermodynamischen Theorie basiert und bereits für organische Materie aus terrestrischen und Binnengewässern getestet wurde. Wir nehmen an, dass unter Verwendung des NICA-Modells uns die Möglichkeit eröffnet wird, die Chemie des Eisens im Meerwasser mit dem Verhalten gelöster organischer Kohlenstoffe sowie dem Ozeansäuregrad in Verbindung zu sehen. Unsere Zielsetzung ist daher die Bestimmung aller Parameter, die für die Verwendung des NICA-Modells an Seewassersystemen erforderlich sind. Wir werden die NICA-Parameter für den Temperatur- und pH-Bereich bestimmen, der sowohl die beobachteten als auch vorhergesagte Bereiche umfasst, sodass in situ auftretende Metallspezies ermittelt werden können und die Biogeochemie von Metallen im zukünftigen Ozean besser erklärt werden kann. Weiterhin werden wir dieses Modell für die Zustände im Auslauf des Amazonas anwenden, die auf einer Schiffsausfahrt mit der RV Meteor in dieser Region beobachtet wurden. Der Amazonas stellt den größten Süßwasserzufluss zu den Ozeanen dar. Unser Ansatz wird uns ermöglichen, den Einfluss organischer Stoffe und des pH-Wertes auf den Transport von Eisen zu untersuchen und soll uns ein besseres Verständnis liefern, wie diese Faktoren den Transport von Eisen in den offenen Ozean kontrollieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Neuseeland, Spanien
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Eric Achterberg; Professor Dr. Thorsten Dittmar
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Jose Paulo Pinheiro, Ph.D.; Professor Jaume Puy, Ph.D.; Professorin Dr. Sylvia Gertrud Sander