Ist dreiwertiges Mangan ein allgegenwärtiger Bestandteil des gesamten gelösten Mangans in Bodenlösungen?

• Antragsteller: Professor Dr. Tim Mansfeldt
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426549767

Die Vielzahl möglicher Oxidationsstufen des Mangans (Mn) begründet das komplexe Um-weltverhalten dieses essenziellen Spurenelements. Bis vor kurzem wurde vermutet, dass in natürlichen Wässern das divalente Mn (Mn2+ und seine zugehörigen wässrigen Spezies) vorherrscht, wogegen tri- (Mn(III)) und tetravalentes Mn (Mn(IV)) exklusiv als Kolloide vorkommen. Neuere Feldstudien in der marinen und ästuarinen Umwelt zeigen jedoch, dass Mn(III) ein Hauptbestandteil des gelösten Mn-Pools ist. Mangan(III), das sowohl durch oxidative als auch reduktive Pfade erzeugt wird, ist in diesen Wässern durch natürliche organische Liganden stabilisiert. Wir postulieren, dass Mn(III) auch in der wässrigen Phase von Böden eine ubiquitäre Komponente ist, da beide Pfade auch in Böden ablaufen und die omnipräsente gelöste organische Substanz als Ligand für Mn(III) dient. Unser Wissen über gelöstes Mn(III) in Böden ist aber stark begrenzt. Die Ziele dieses Antrags sind (i) den Einfluss verschiedener Redoxbedingungen auf die Mn-Speziierung in Böden mit unterschiedlichen Eigenschaften, (ii) die Effekte verschiedener natürlicher organischer Liganden auf die Löslichkeit von Mn-Oxiden und nachfolgende Speziierung des gelösten Mn und (iii) die Existenz von Mn(III) in Bodenlösungen unter Feldbedingungen aufzuzeigen. Die Mn-Speziierung wird mit einer spekt-rophotometrischen kinetischen Methode erreicht, mit der sowohl Mn(II) als auch schwache und starke organische Mn(III)-Komplexe differenziert werden können. Die Mn-Speziierung verschiedener Redoxregime wird durch Mikrokosmenexperimente unter kontrollierten Redoxpotenzialen im Labor studiert. Je zwei Bodenhorizonte dreier Böden (ein Stagnosol und zwei Gleysole), die sich in ihrem Wasserregime, der Landnutzung und physikochemischen Eigenschaften unterscheiden, werden erforscht. Bodensuspensionen werden in einem Biore-aktor unter gesteuerten Redoxzyklen inkubiert. Der Einfluss natürlicher, aus Moder und Roh-humus gewonnenen organischen Liganden auf die Löslichkeit von Birnessit und Manganit sowie die Mn-Speziierung des gelösten Mn werden in Batch-Experimenten unter besonderer Beachtung der Reaktionskinetik und der pH-Effekte untersucht. Um zu prüfen, dass Mn(III) ein Bestandteil in Böden unter Feldbedingungen ist, werden Bodenlösungen und teils Streu-perkolate in vier mineralischen Böden (zwei Gleysole, Stagnosol, Cambisol) und einem orga-nischen Boden (Histosol) erforscht. Unsere Erkenntnisse werden einen ersten Einblick in das Vorkommen und das Verhalten von Mn(III) in Bodenlösungen geben. Eine Vernachlässigung der intermediären Mn-Spezies würde die Redoxkapazität des gelösten Mn-Pools in Bodenlö-sungen unterschätzen. Die Umweltbedeutung des starken Oxidationsmittels Mn(III) wird u.a. durch seine außerordentliche Beteiligung am Abbau von organischer Bodensubstanz, an der Oxidation von partikulärem organischem Kohlenstoff zum Treibhausgas Kohlenstoffdioxid und an der Transformation organischer Schadstoffe unterstrichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen