Stickstoffbiogeochemie der Grundwasserabfluss zu den Flussmündungen im nördlichen Golf von Mexiko

• Antragstellerin: Dr. Dini Adyasari
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446330207

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In Mobile Bay, im nordöstlichen Teil des Golfs von Mexiko gelegen, kam es zu einer langfristigen Küstenhypoxie, die zu Fischsterben und negativen wirtschaftlichen Auswirkungen auf die Region führte. Dieser Zustand wird durch die Einleitung von Grundwasser aus dem Meer verschlimmert, das hohe Konzentrationen an Ammoniak (NH4+) und gelösten organischen Stoffen in die Küstengewässer abgibt. Durch die Kombination geochemischer und molekularbiologischer Analysen befasst sich diese Studie mit biogeochemischen Umwandlungen von Stickstoff (N) und Kohlenstoff (C) im Küstengrundwasserleiter und untersucht mögliche ökologische Veränderungen im Rahmen zukünftiger Klima- und Landnutzungsänderungsszenarien. Zu diesen Szenarien gehören ein zunehmendes anthropogenes Nitrat (NO3-)-Eintrag, das Eindringen von Salzwasser und eine veränderte Verweilzeit des Grundwassers aufgrund zunehmender Dürreperioden oder starker Regenfälle. Die Ergebnisse dieser Studie legen nahe, dass erhöhte NH4+ und organische Stoffe im Küstengrundwasser auf den inneren Kreislauf organischer Stoffe in Sedimenten zurückzuführen sind, der aus dem Abbau von Gefäßpflanzen resultiert. Terrestrisches anthropogenes NO3- wird in Küstensedimenten durch Denitrifikation abgeschwächt; Laborexperimente zeigen jedoch, dass dieser Prozess durch die zunehmende Ionenstärke im Grundwasser negativ beeinflusst wird. Darüber hinaus ergab diese Studie, dass die Versalzung von Grundwasserleitern, die in naher Zukunft aufgrund des Anstiegs des Meeresspiegels wahrscheinlich eintreten wird, zur Mobilisierung von NH4+, Phosphat (PO43-) und feuerfester, hoch ungesättigter organischer Substanz aus Sedimenten führt. Hochgradig ungesättigte organische Stoffe können gegen heterotrophe Umwandlung in Küstengewässern resistent sein, und ihre Kombination mit erhöhten Nährstoffkonzentrationen wird wahrscheinlich hypoxische Ereignisse in Mobile Bay und anderen Flussmündungen des Golfs von Mexiko verschlimmern. Längere Verweilzeiten im Grundwasser, die typischerweise bei längeren Dürreperioden auftreten, geben den Mikroben ausreichend Zeit, das Feuerfestmaterial abzubauen, was die Wiederfreisetzung vergrabener organischer Feststoffe in fester Phase in den Aktivkohlekreislauf fördert. Mikrobielle Untersuchungen deuten darauf hin, dass Sedimentgemeinschaften gegenüber einem zunehmenden terrestrischen NO3- Eintrag widerstandsfähig sind; Ihre Diversität und Stoffwechselfunktion werden jedoch durch Änderungen der Ionenstärke und Verweilzeit negativ beeinflusst. Im Kontext des globalen Klimawandels veranschaulichen die Ergebnisse dieser Studie die Empfindlichkeit des Stickstoff- und Kohlenstoffkreislaufs sowie der mikrobiellen Gemeinschaften, die diese Prozesse vermitteln, in Küstensedimenten gegenüber Versalzung und veränderten Verweilzeiten, was sich folglich auf die aquatischen Ökosysteme und die Gesundheit der Küsten auswirkt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Open access R script of radon mass balance [script].
  Adyasari, D., Dimova, N. T., Dulai, H., McKenzie, T. & Fuleky, P.
  
• Anthropogenic impact on Indonesian coastal water and ecosystems: Current status and future opportunities. Marine Pollution Bulletin, 171, 112689.
  Adyasari, Dini; Pratama, Mochamad Adhiraga; Teguh, Novi Andriany; Sabdaningsih, Aninditia; Kusumaningtyas, Mariska Astrid & Dimova, Natasha
  
• Storm-Driven Fresh Submarine Groundwater Discharge and Nutrient Fluxes From a Barrier Island. Frontiers in Marine Science, 8.
  Adyasari, Dini; Montiel, Daniel; Mortazavi, Behzad & Dimova, Natasha
  
• Nitrogen biogeochemistry in the subterranean estuaries affected by submarine groundwater discharge [oral abstract]. Ocean Science Meeting 2022, online.
  Adyasari, D. & Dimova, N.
  
• Nitrogen sources and sinks in subterranean estuaries affected by submarine groundwater discharge [oral abstract]. Radium and Radon Meeting 2022, online.
  Adyasari, D. & Dimova, N.
  
• Dissolved organic matter and nutrient processing in organic-rich subterranean estuaries: Implications for future land use and climate scenarios. Geochimica et Cosmochimica Acta, 362, 65-76.
  Adyasari, Dini; Dimova, Natasha; Waska, Hannelore & Ni, Chadhain Sinead
  
• Geochemical and microbial community dynamics in subterranean estuaries under salinization and changing groundwater residence times [poster abstract]. American Geophysical Union Fall Meeting 2023, 11-15 December 2023, San Francisco, USA.
  Adyasari, D., Dimova, N. T., Ní Chadhain, S. M. & Waska, H.
  
• Radon-222 as a groundwater discharge tracer to surface waters. Earth-Science Reviews, 238, 104321.
  Adyasari, Dini; Dimova, Natasha T.; Dulai, Henrietta; Gilfedder, Benjamin S.; Cartwright, Ian; McKenzie, Tristan & Fuleky, Peter
  
• Microbial assemblages and functional predictions in organic-rich subterranean estuaries [Online Dataset]. Hydroshare.
  Adyasari, D., Dimova, N., Sinead Ni, C. & Hannelore, W.
  
• Microbial Assemblages and Metabolic Activity in Organic‐Rich Subterranean Estuaries: Impact of Climate and Land Use Changes. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 129(3).
  Adyasari, Dini; Dimova, Natasha T.; Ní, Chadhain Sinéad M. & Waska, Hannelore