Extreme Dynamik von Spurenelement- und Isotopenkreisläufen in der Trockenzeit im Amazonas–Mangroven–Schelf–Ozean-Kontinuum: Ausgleich saisonaler Verzerrungen bei metallischen Küstenflüssen

• Antragsteller: Dr. Antao Xu
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres ; Geologie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 574978370

Spurenelemente und Isotope (TEIs) spielen eine zentrale Rolle für Primärproduktion, Kohlenstoffkreislauf und marine Biodiversität und dienen als empfindliche Tracer ozeanischer Prozesse. Daher ist es entscheidend, ihre Quellen, Umsetzungsprozesse und Flüsse präzise zu erfassen. Das Amazonas–Mangroven–Schelf-System – das größte Fluss-Ozean-Kontinuum der Erde – gilt als bedeutender Lieferant von Spurenelementen für den Atlantik. Diese Beiträge sind jedoch bisher unzureichend quantifiziert, da sich bestehende Studien weitgehend auf die Dynamik der Regenzeit (z. B. April–Juni) konzentrieren. Während diese relativ gut verstanden ist und vermutlich den Großteil der jährlichen Flüsse ausmacht, bleibt die Trockenzeit (September–Dezember) – geprägt von verdreifachten Sedimentfrachten, intensiver Hydrodynamik und veränderter Biogeochemie – weitgehend unerforscht. Diese Forschungslücke verursacht erhebliche Unsicherheiten bei der Schätzung von Metallflüssen. Um diesem Mangel zu begegnen, wurde im Rahmen des PROBRAL-Projekts im November 2024 eine Feldkampagne in Amazonasmangrovensystemen durchgeführt. Dabei wurden gezielt Flusswasser, gezeitenbeeinflusstes Küstenwasser, Grundwasser und Mangrovensedimente beprobt. Anschließend folgte die von GEOTRACES unterstützte GApr21-Expedition M206 (1.–30. Dezember 2024), die die Ästuare von Amazonas und Pará sowie den angrenzenden Schelf beprobte. Erfasst wurden Oberflächenwasser, bodennahes Wasser, Bodenwasser, Sedimente und Porenwasser. Spurenelement-saubere Protokolle ermöglichten hochwertige gekoppelte Daten zu gelösten Konzentrationen und Isotopensignaturen (εNd und δ⁵⁶Fe). Damit sollen (1) Quellbeiträge aus Flüssen, Mangroven und Sedimenten zu den ozeanischen Nd- und Fe-Bilanzen unter Niedrigwasser quantifiziert, (2) der Einfluss saisonaler hydrologischer Veränderungen auf den Metallkreislauf im Amazonas-Kontinuum untersucht und (3) klimarelevante Metallflüsse aus dieser Land–Ozean-Schnittstelle erfasst werden. Vier Hypothesen werden getestet: H1 – Saisonale Hydrologie verändert Nd- und Fe-Endmember der Flüsse und verstärkt Sediment–Wasser-Austausch; H2 – Schelfsedimente setzen Seltene Erden und isotopisch leichtes Fe durch reduktive Auflösung und Porenwasseraustritt frei; H3 – Mangroven exportieren Seltene Erden und leichtes Fe durch gezeiten- und hydrologiegesteuerte Prozesse; H4 – Integrierte saisonale Flüsse tragen zur Schließung globaler Nd-Bilanzlücken bei. Durch hochauflösende Probenahme vom Oberflächen- bis zum Bodenwasser und Porenwasser sowie prozessorientierte Isotopenansätze liefert das Projekt das erste mechanistische Modell zum Metallkreislauf tropischer Ästuare und Schelfgebiete in der Trockenzeit, stellt saisonal aufgelöste Nd- und Fe-Flüsse bereit und bietet politikrelevante Erkenntnisse für klimaangepasstes Küstenmanagement im Amazonasraum.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Brasilien, USA
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Norbert Frank
• Kooperationspartner: Professor Dr. Nils Asp; Professor Dr. Tim M. Conway; Professor Dr. Carlos Eduardo de Rezende