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 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 393829236

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Spurenelemente können die Produktivität im Ozean begrenzen und damit die Menge an Kohlendioxid beeinflussen, die das marine Phytoplankton aus der Atmosphäre entfernt. Das kritischste Spurenelement für das Phytoplanktonwachstum ist Eisen, das die Produktivität in etwa 30 % der Weltmeere begrenzt. Eisen wird in vielen biogeochemischen Modellen und einigen Klimamodellen als limitierender Nährstoff berücksichtigt, um seinen Einfluss auf die Auswirkungen von Kohlendioxid auf das Klima der Erde zu berücksichtigen. Die Einbeziehung von Eisen in biogeochemische und Klimamodelle muss durch ein grundlegendes Verständnis der Chemie des Eisens im Meerwasser untermauert werden, da die Eisenchemie durch den pH-Wert des Ozeans, die Temperatur und gelöste organische Stoffe (DOM) beeinflusst wird. Es ist bekannt, dass organische Stoffe einen großen Einfluss auf die Eisenchemie haben, aber die Wechselwirkungen mit Eisen werden in der Regel auf eine vereinfachte, empirische Weise beschrieben, die nicht mit den intrinsischen chemischen Eigenschaften von DOM oder Eisen verbunden ist. In diesem Projekt untersuchten wir die intrinsischen Säure-Basen-Eigenschaften von DOM durch Anwendung des Modells der „non-ideal competitive adsorption“ (NICA). Wir bestimmten Protonenbindungsparameter für DOM, das aus Brackwasser der Ostsee und offenen Meeresgewässern des Nordatlantiks entnommen wurde. Zusammen mit diesen Parametern haben wir die molekularen und elementaren Eigenschaften von marinem DOM bestimmt. Wir fanden heraus, dass die NICA-Parameter von DOM mit Veränderungen der elementaren und molekularen Eigenschaften in Verbindung gebracht werden konnten. Des Weiteren wendeten wir das NICA-Donnan-Modell an, um das Kohlenstoff-Spurenmetall-Verhältnis im Amazonas-Plume zu bestimmen. Wir fanden heraus, dass die ermittelten Verhältnisse mit den Verhältnissen übereinstimmten, die bei der Analyse von extrahiertem DOM mit Hochleistungsflüssigkeitschromatographie - Elektrospray-Ionisation/induktiv gekoppelter Massenspektrometrie beobachtet wurden. Die Anwendung des NICA-Modells zur Interpretation der chemischen Eigenschaften von Spurenmetallen (einschließlich Eisen) im Meerwasser verbesserte unsere Fähigkeit, die Biogeochemie der Metalle im Amazonas-Plume mit ihren grundlegenden chemischen Eigenschaften zu verknüpfen, die durch ihre Position im Periodensystem der Elemente bestimmt werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Acid-base properties of dissolved organic matter extracted from the marine environment. Science of The Total Environment, 729, 138437.
  Lodeiro, Pablo; Rey-Castro, Carlos; David, Calin; Achterberg, Eric P.; Puy, Jaume & Gledhill, Martha
  
• Contrasting behaviour of dissolved organic iron, aluminium and phosphorous fractions in the Amazon estuary. Ocean Sciences
  Gledhill, Martha; Lodeiro, Pablo; Hollister, Adrienne & Seidel, Michael
  
• Dissolved concentrations and organic speciation of Cu in the Amazon River estuary and mixing plume. Ocean Sciences Meeting, San Diego.
  Hollister, Adrienne; Whitby, Hannah; Gledhill, Martha & Koschinsky, Andrea
  
• Exploring the Iron‐Binding Potential of the Ocean Using a Combined pH and DOC Parameterization. Global Biogeochemical Cycles, 34(6).
  Ye, Y.; Völker, C. & Gledhill, M.
  
• A fungal siderophore hotspot on the Amazon Shelf. ASLO
  Gledhill, Martha; Hollister, Adrienne; Koschinsky, Andrea; Walter, J.; Nobreg, M.S.; Thompson, Fabiano L. & de Rezende, Carlos E.
  
• Are the binding groups of Baltic coastal dissolved organic matter affected by seasonal variabilities? 11th International Conference Interfaces Against Pollution (IAP2021).
  Lodeiro, Pablo; Rey-Castro, Carlos; David, Calin; Puy, Jaume; Achterberg, Eric P. & Gledhill, Martha
  
• Carbon and alkalinity outwelling across the groundwater‐creek‐shelf continuum off Amazonian mangroves. Limnology and Oceanography Letters, 6(6), 369-378.
  Cabral, Alex; Dittmar, Thorsten; Call, Mitchell; Scholten, Jan; de Rezende, Carlos E.; Asp, Nils; Gledhill, Martha; Seidel, Michael & Santos, Isaac R.
  
• Dissolved concentrations and organic speciation of copper in the Amazon River estuary and mixing plume. Marine Chemistry, 234, 104005.
  Hollister, Adrienne Patricia; Whitby, Hannah; Seidel, Michael; Lodeiro, Pablo; Gledhill, Martha & Koschinsky, Andrea
  
• Distribution and size fractionation of nickel and cobalt species along the Amazon estuary and mixing plume. Marine Chemistry, 236, 104019.
  de Carvalho, Leandro M.; Hollister, Adrienne Patricia; Trindade, Cristina; Gledhill, Martha & Koschinsky, Andrea
  
• Modelling protocols for derivation of Fe(III) NICA constants and calculations of ambient Fe speciation and apparent Fe(III) solubility in seawater v1. ZappyLab, Inc..
  Zhu, Kechen
  
• Seasonal Variations in Proton Binding Characteristics of Dissolved Organic Matter Isolated from the Southwest Baltic Sea. Environmental Science & Technology, 55(23), 16215-16223.
  Lodeiro, Pablo; Rey-Castro, Carlos; David, Calin; Puy, Jaume; Achterberg, Eric P. & Gledhill, Martha
  
• 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
  
• Distribution of dissolved and soluble Ti along the salinity gradients in the Pará and Amazon estuaries and plume. Goldschmidt Conference
  A.B. Schneider; Koschinsky, Andrea; Krause, Cristian H. & Gledhill, Martha
  
• Dynamic behavior of dissolved and soluble titanium along the salinity gradients in the Pará and Amazon estuarine system and associated plume. Marine Chemistry, 238, 104067.
  Schneider, Alexandre B.; Koschinsky, Andrea; Krause, Cristian H.; Gledhill, Martha & de Carvalho, Leandro M.
  
• The Fate of Sedimentary Reactive Iron at the Land‐Ocean Interface: A Case Study From the Amazon Shelf. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 23(11).
  Vosteen, Paul; Spiegel, Timo; Gledhill, Martha; Frank, Martin; Zabel, Matthias & Scholz, Florian
  
• The impact of chemical heterogeneity on the binding of trace metals by marine dissolved organic matter. Goldschmidt Conference
  Lodeiro, Pablo; Rey-Castro, Carlos; David, Calin; Puy, Jaume & Gledhill, Martha
  
• Trace metal stoichiometry of dissolved organic matter in the Amazon plume. Science Advances, 8(31).
  Gledhill, Martha; Hollister, Adrienne; Seidel, Michael; Zhu, Kechen; Achterberg, Eric P.; Dittmar, Thorsten & Koschinsky, Andrea
  
• Trace metals and organic matter in the Amazon-Pará River Estuary. PhD thesis, Jacobs University Bremen (now Constructor University), 256 pages.
  Hollister, Adrienne
  
• Estimation of uncertainty in calcu lations of apparent iron solubility in seawater. protocols.io
  Zhu, Kechen, Hopwood, Mark J. & Gledhill, Martha
  
• Influence of Changes in pH and Temperature on the Distribution of Apparent Iron Solubility in the Oceans. Global Biogeochemical Cycles, 37(5).
  Zhu, Kechen; Achterberg, Eric P.; Bates, Nicholas R.; Gerringa, Loes J. A.; Middag, Rob; Hopwood, Mark J. & Gledhill, Martha
  
• Proton Binding Characteristics of Dissolved Organic Matter Extracted from the North Atlantic. Environmental Science & Technology, 57(50), 21136-21144.
  Lodeiro, Pablo; Rey-Castro, Carlos; David, Calin; Humphreys, Matthew P. & Gledhill, Martha