Einfluss des Grundwasserzustroms auf die Struktur und Aktivität der Fe(III)- und Sulfatreduzierenden mikrobiellen Gemeinschaft in sauren eisenreichen Sedimenten

• Applicant: Professorin Dr. Kirsten Küsel
• Subject Area: Hydrogeology, Hydrology, Limnology, Urban Water Management, Water Chemistry, Integrated Water Resources Management
• Term: from 2007 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 58385732

Biogeochemische Wechselwirkungen zwischen Grundwasser und Seen sind geprägt durch mikrobielle und geochemische Prozesse im Sediment, bei denen mit dem Grundwasser advektiv zugeführte Stoffe in seeinterne Stoffkreisläufe eingespeist werden. Vorarbeiten deuten daraufhin, dass in sauren eisenreichen Sedimenten, die dem Grundwasserzustrom ausgesetzt sind, eine Koexistenz von Fe(lll)- und Sulfatreduktion begünstigt wird, da das zuströmende Grundwasser einen erhöhten pH Wert und erhöhte Konzentrationen an zweiwertigem Eisen aufweist. In sauren (pH 3) Sedimenten, die nicht vom Grundwasser durchströmt werden, dominiert sonst die Reduktion von Fe(lll). Bei pH 5 liegt im Vergleich zu pH 3 Eisen nicht mehr als gelöstes Fe(lll) vor, und die Fe(lll)-Reduzierer müssen auf die thermodynamisch ungünstigere Fe(lll)-Festphase als Elektronenakzeptor zurückgreifen, was einen physikalischen Kontakt oder die Vermittlung durch organische Elektronenüberträger oder Chelatbildner erfordert. Die Mechanismen der Reduktion von Fe(lll) unter sauren Bedingungen sind jedoch noch ungeklärt. Forschungsbedarf besteht auch hinsichtlich der Frage, welche phylogenetischen Gruppen der Fe(lll)- und Sulfatreduzierer unter schwach sauren Bedingungen aktiv sind, und ob die Fe(lll)- und Sulfatreduzierer bei pH 5 um die gleichen Elektronendonoren konkurrieren. Sonst könnte eine direkte Konkurrenz vermieden werden. Änderungen der hydrologischen Randbedingungen sollten daher nicht nur quantitativ das Ausmaß reduktiver Prozesse beeinflussen sondern auch zu einer veränderten mikrobiellen Struktur führen. Eine erhöhte Bildung von Eisensulfiden durch einen erhöhten Grundwasserzustrom wird wahrscheinlich auch das Ausmaß der seeinternen Aziditätsumsetzung beeinflussen. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Hypothese zu prüfen, ob die vorhandenen Fe(lll) Reduzierer in den sauren Sedimenten überwiegend acidophil sind und daher nicht über geeignete Mechanismen verfügen, um unter veränderten hydrologischen Randbedingungen die Sulfatreduzierern auszustechen.

• DFG Programme: Research Grants