Gasblasen in aquatischen Ökosystemen: Entstehung, Dynamik und Bedeutung für Stofftransport

• Antragsteller: Dr. Matthias Koschorreck; Professor Dr. Andreas Lorke
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422009572

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Projekt untersuchte die Bildung, Zusammensetzung und Bedeutung von Gasblasen in Gewässern. Messungen in Aquakulturteichen ergaben die höchsten Blasenemissionen, über die bisher in der Literatur berichtet wurde. Auf der Grundlage dieser Daten fanden wir einen Zusammenhang zwischen Blasengröße, Gaszusammensetzung und Blasenbildungsrate. Die Blasenproduktionsraten im Sediment wurden eher durch die Qualität als durch die Quantität der organischen Substanz kontrolliert. Es wurde eine Methode zur Quantifizierung der Blasengröße anhand des O2-Gehalts der Blasen entwickelt und durch direkte Messungen validiert. Die zeitliche Dynamik der Blasenbildung wurde auf Zeitskalen von Stunden bis zu Jahreszeiten in verschiedenen aquatischen Ökosystemen untersucht und konnte durch empirische Modelle beschrieben werden. Zum ersten Mal konnten wir zeigen, dass die Speicherung von Gasblasen im Sediment eine wichtige Komponente in CH4-Budgets, sowie ein Modulator der Emissionsdynamik sein kann. Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass Blasen substanzielle Mengen an Partikeln unterschiedlicher Zusammensetzung aus dem Sediment an die Wasseroberfläche transportieren. Durch die Analyse eines großen Datensatzes konnten wir zeigen, dass die O2-Ebullition sowohl von der Blasenbildungsrate als auch von der Blasenzusammensetzung abhängt. Die Zusammensetzung von Blasen die sich auf Makrophyten als Folge von Photosynthese bilden, wurde in Laborexperimenten quantitativ untersucht. Auf der Grundlage dieser Messungen entwickelten wir theoretische und empirische Ansätze zur Vorhersage der Gaszusammensetzung dieser Blasen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Acoustic Mapping of Gas Stored in Sediments of Shallow Aquatic Systems Linked to Methane Production and Ebullition Patterns. Frontiers in Environmental Science, 10.
  Marcon, Lediane; Sotiri, Klajdi; Bleninger, Tobias; Lorke, Andreas; Männich, Michael & Hilgert, Stephan
  
• Editorial: The lifetime of methane bubbles through sediment and water column. Frontiers in Earth Science, 10.
  Katsman, Regina; Römer, Miriam & Lorke, Andreas
  
• Linking Sediment Gas Storage to the Methane Dynamics in a Shallow Freshwater Reservoir. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 128(10).
  Marcon, Lediane; Schwarz, Michael; Backes, Laura; Offermann, Mara; Schreiber, Felix; Hilgert, Stephan; Sotiri, Klajdi; Jokiel, Christian & Lorke, Andreas
  
• Quantifying bubble-mediated transport by ebullition from aquatic sediments. Frontiers in Earth Science, 11.
  Schwarz, Michael; Marcon, Lediane & Lorke, Andreas
  
• Spatial and temporal variability of greenhouse gas ebullition from temperate freshwater fish ponds. Aquaculture, 574, 739656.
  Waldemer, Carolin & Koschorreck, Matthias
  
• Bubble sizes inferred from their gas composition in a temperate freshwater fish pond. Inland Waters, 14(1-2), 1-14.
  Waldemer, Carolin; Schwarz, Michael; Lorke, Andreas; Boehrer, Bertram & Koschorreck, Matthias
  
• Composition of Photosynthetic Gas Bubbles From Submerged Macrophytes. Water Resources Research, 60(1).
  Shikhani, Muhammed; Reinschke, Lena; Aurich, Patrick; Waldemer, Carolin; Koschorreck, Matthias & Boehrer, Bertram
  
• Exploring the temporal dynamics of methane ebullition in a subtropical freshwater reservoir. PLOS ONE, 19(3), e0298186.
  Marcon, Lediane; Bleninger, Tobias; Männich, Michael; Ishikawa, Mayra; Hilgert, Stephan & Lorke, Andreas