FOR 5094:  Dynamik des tiefen Untergrundes von Hochenergiestränden (DynaDeep)

• Fachliche Zuordnung: Geowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431491505

Subterrane Ästuare sind die Übergangszonen zwischen terrestrischen Aquiferen und dem Meer, in denen sich meteorisches Süßwasser und zirkulierendes Meerwasser mischen und es durch biogeochemische Reaktionen zur Veränderung der Grundwasserzusammensetzung kommt. DynaDeep untersucht die subterranen Ästuare von Hochenergiestränden mit hoher Wellen- und Gezeitenenergie, die bislang wenig im Fokus standen. Zu Beginn von Phase 1 postulierten wir, dass diese Systeme effektive biogeochemische Reaktoren darstellen, in denen sich die dynamischen Randbedingungen bis in große Tiefen durchpausen und dort stark variable Umweltbedingungen erzeugen, die sich wiederum auch auf das mikrobielle Habitat auswirken. In Phase 1 installierten wir ein einzigartiges Strand-Observatorium auf Spiekeroog und erhoben durch gemeinsam Felduntersuchungen, die durch Laborexperimente und mathematische Modelle flankiert wurden, einen umfangreichen Datensatz, der die hohe Dynamik des Systems bestätigt. Während die bisher beobachtete Strandmorphodynamik und Sturmfluten vor allem an den Rändern einer tiefen Salzwasserrezirkulationszelle zu räumlich-zeitlich variablen Salz-Süßwasserübergängen führen, bleiben die Salzgehalte im Zentrum der Zelle weitgehend stabil. Die Salzwasserzirkulationszelle fungiert als biogeochemischer Reaktor mit hohen Durchsätzen, dessen Sauerstoffüberschuss große Mengen an organischem Kohlenstoff prozessiert, während der Reaktor in einem Kohlenstoff-limitierten Zustand verbleibt. Die Gegenwart von Genen autotropher Prozesse in mikrobiellen Metagenomen innerhalb der Salzwasserzirkulationszelle weist auf eine Anpassung der mikrobiellen Gemeinschaft auf Kohlenstofflimitierung hin. Der saisonale Eintrag von Kohlenstoff führt zu Bewegungen der Redoxzonen in der Zelle, die wiederum sekundäre Mineral-Lösungs-/Fällungsreaktionen und Veränderungen der mikrobiellen Gemeinschaft hervorrufen. In Phase 2 werden wir neue Fragen bezüglich der Rolle von reaktiven Zonen (‚hot spots‘), Ereignissen (‚hot moments‘) und Stoffen (‚hot stuff‘) für den Gesamtstoffumsatz des biogeochemischen Reaktors, die sich in Phase 1 ergeben haben untersuchen. Weiterhin werden wir die Übertragbarkeit unserer Erkenntnisse über den biogeochemischen Reaktor in Hochenergiestränden aus Spiekeroog an anderen Standorten (De Panne, Belgien, und Truc Vert, Frankreich) sowie mit globalen Modellansätzen überprüfen. Letztlich wird DynaDeep die globale Bedeutung tiefer, dynamischer, biogeochemischer Reaktoren im Untergrund von Hochenergiestränden für Küstenökosysteme und globale Kohlenstoff-, Nährstoff-, und Spurenstoffzyklen abschätzen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Norwegen, USA

Projekte

• Globale Variabilität von Grundwasserströmung und – transport durch subterrane Ästuare (Antragstellerinnen / Antragsteller Meyer, Ph.D., Rena ;  Moosdorf, Nils )
• Koordinationsfonds (Antragstellerin Massmann, Gudrun )
• Mikrobielle Gemeinschaften: Diversität und metabolische Funktion (Antragsteller Degenhardt, Julius ;  Engelen, Bert )
• Morphodynamik, Grundwasserströmung und -transport (Antragstellerinnen / Antragsteller Massmann, Gudrun ;  Müller-Petke, Mike ;  Winter, Christian )
• Organisches Material: Abiotische Umwandlungen und mikrobielle Interaktionen (Antragstellerinnen / Antragsteller Dittmar, Thorsten ;  Niggemann, Jutta ;  Waska, Hannelore )
• Reaktiver Stofftransport (Antragsteller Greskowiak, Janek ;  Seibert, Stephan Ludger )
• Spurenelemente und Metallisotope: Transformation und Fraktionierung (Antragstellerinnen Pahnke-May, Katharina ;  Reckhardt, Anja )
• Stoffwechselraten: Von heterotrophen zu autotrophen Prozessen (Antragsteller Holtappels, Moritz ;  Könneke, Martin )

• Sprecherin: Professorin Dr. Gudrun Massmann