Eine innovative Methode zur Analyse von Phosphor-gebundenen stabilen Sauerstoffisotopenverhältnissen in Grundwasserökosystemen
Mineralogie, Petrologie und Geochemie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Unser Ziel war es, einen methodischen Ansatz zur zuverlässigen Bestimmung und Interpretation stabiler Sauerstoffisotopenverhältnisse von Phosphat (δ18OPO4) in operationell definierten PO4-Pools in Aquiferen zu entwickeln, die sowohl Grundwasser als auch die feste Phase umfassen. Die Untersuchung der δ18OPO4-Signale in PO4-Pools in Aquiferen bietet wertvolle Einblicke in den Phosphorkreislauf in Grundwassersystemen, ein bisher wenig untersuchtes Forschungsthema. Wir haben im Rahmen des Projekts zwei sequentielle Extraktionsverfahren verfeinert und mittels einer Auswahl von sieben definierten Mineralen und deren Mischungen, die mit 18 O-Isotopen angereichertem PO4 gelabelt wurden (über Oberflächenadsorption und strukturellen Einbau), systematisch getestet. Darüber hinaus haben wir eine Auswahl von 20 natürlichen Proben analysiert, die aus drei verschiedenen Aquifersystemen stammen und vielfältige geochemische Eigenschaften abdecken. Zusätzlich haben wir eine Methode zur Bestimmung von δ18OPO4-Signalen von gelöstem PO4 im Grundwasser getestet. Unser Ansatz ermöglichte es, die Stärken und Grenzen der vorgeschlagenen Methode zu identifizieren. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die δ18OPO4-Analyse ein wertvolles Werkzeug im Bereich der Umweltanalytik darstellt, jedoch noch mit Unsicherheiten bei der Interpretation behaftet ist. Insbesondere stellten wir einen Mangel an Selektivität bei einigen der angewandten sequentiellen Extraktionslösungen fest. Folglich empfehlen wir, diese Einschränkung bei der Dateninterpretation zu berücksichtigen. Ebenso raten wir davon ab, zwischen detritalem und authigenem Apatit zu differenzieren, sowie mit Fe(II)-Mineralien assoziiertes PO4 zu erfassen. Hinsichtlich der δ18OPO4 Isotopensignale stellten wir fest, dass die Menge an extrahierbarem PO4 die Probenvorbereitung wesentlich beeinflusst, was die Anwendung in unseren Testläufen mit natürlichen Aquifer Sedimenten primär auf den HCl-extrahierbaren PO4-Pool beschränkte (der hauptsächlich Apatit und CaCO3-assoziiertes PO4 umfasst). Darüber hinaus stellten wir potenzielle Auswirkungen auf die Isotopensignale fest, die aus der Hydrolyse von organischen Phosphorverbindungen resultieren, was eine vorsichtige Interpretation für Proben mit erhöhten Organik Gehalten erforderlich macht. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass der Ansatz zur Bestimmung von δ18OPO4-Werten für gelöstes PO4 im Grundwasser sehr zuverlässig ist. Insgesamt ermöglicht die von uns empfohlene methodische Vorgehensweise trotz einiger Einschränkungen die Bestimmung von δ18OPO4-Werten in verschiedenen PO4-Pools von Grundwassersystemen. Diese Erkenntnisse legen den Grundstein zur Anwendung der Methode, um das Verständnis des biogeochemischen Phosphorkreislaufs in Grundwassersystemen weiter zu erforschen.
