Redoxprozesse in anaeroben Aquiferen

Redoxprozesse von Eisen, Schwefel und gelöstem organischen Kohlenstoff in anaeroben Aquiferen (KN 929/2-1)

  • Hintergrund

    Die Rolle von Redoxprozessen an biogeochemischen Gradienten für den Stoffumsatz in anaeroben Aquiferen ist bisher nicht ausreichend verstanden. Es bestehen zwar Kenntnisse zur Interaktion verschiedener redoxaktiver Spezies des Eisens, Schwefels und Kohlenstoffs, aber deren Rolle im Stoffumsatz und deren quantitativer Beitrag ist kaum untersucht.
    In diesem Projekt wird daher die Interaktion von reduzierten Schwefel- und Eisenspezies mit natürlicher organischer Substanz (NOM) untersucht. Der Arbeit liegt die Hypothese zugrunde, dass die Reoxidation von Eisen und Schwefel an organischer Substanz die Kapazitäten der Elektronenakzeptoren signifikant erhöht und damit mehr Oxidation organischen Kohlenstoffs ermöglicht als auf Basis der meist bisher nur betrachteten anorganischen Elektronenakzeptoren. Wir untersuchen dabei vorrangig die Oxidation von Schwefelwasserstoff an NOM, die Kinetik dieses Prozesses und die dabei entstehenden Reaktionsprodukte. Darüber hinaus untersuchen wir die Rolle des Eisens in Wechselwirkung mit NOM. Die Ergebnisse sollen ein besseres Verständnis für die Wettbewerbsfähigkeit der einzelnen Redoxprozesse der Eisen- und Sulfatreduktion, sowie der Methanogenese liefern.

  • Methoden

    Die Arbeiten im Rahmen des Projektes werden vor allem im Labor durchgeführt, da sie ein sehr anspruchsvolles, analytisches Messprogramm voraussetzen, das an Feldproben nur schwer durchführbar ist. In der Endphase des Projektes werden jedoch zunehmend natürliche Proben aus dem Freiland herangezogen, sowie Inkubationen durchgeführt.
    Die analytischen Methoden im Rahmen des Projektes umfassen die spektroskopische Charakterisierung der organischem Substanz mit UV-VIS, Fluoreszenzspektroskopie und Parallel Factor Analysis (PARAFAC), elektrochemische Charakterisierung (in Kooperation mit Dr. Michael Sander, ETH Zürich), HPLC und Ionenchromatographie zur Messung der Schwefelspezies sowie den Einsatz stabiler Isotope (v.a. Schwefel). Über zwei erfolgreich beantragte Messkampagnen wurde zudem mit S-K-edge X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES) Spectroscopy die Schwefelspeziierung innerhalb der organischen Substanz untersucht.

  • Studierende

    Abschlussarbeiten

    Gegenwärtig findet eine Masterarbeit zum Einsatz der elektrochemischen Charakterisierung der organischen Substanz statt (Cand. MSc. Geoökol. Markus Schmitt).

    Im Sommer 2014 besteht die Möglichkeit als Hilfskraft die Arbeiten zu unterstützen.

    Bei Interesse – auch für eine Mitarbeit als studentische Hilfskraft – erteilen Dr. Klaus-Holger Knorr und Zhiguo Yu gerne Auskunft.

  • Infothek

    Projektpartner und Kontakt

    Universität Münster
    Institut für Landschaftsökologie, Arbeitsgruppe Hydrologie
    Projektleitung: Dr. Klaus-Holger Knorr
    Wissenschaftlicher Mitarbeiter:  Zhiguo Yu

    Universität Bayreuth
    Lehrstuhl für Hydrologie
    Projektpartner: Prof. Dr. S. Peiffer
    Forschungsgruppe FOR 580 „Etrap“ [en]: Electron transfer processes in anoxic aquifers

    ANKA Synchrotron Radiation Facility, SUL-X Beamline
    Dr. Jörg Göttlicher und Dr. Ralph Steininger
    www.anka.kit.edu/28.php
    Laufzeit und Förderung:

    Laufzeit: 06/2009 - 06/2015
    Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG KN 929/2-1).

  • News

    Erfolgreiche Beantragung von Messzeit an der ANKA Synchrotron Facility (Kooperation mit Dr. Jörg Göttlicher und Dr. Ralph Steininger):

    • 10/2013 – 04/2014: ISS Karlsruhe, ANKA Beamline SUL-X, Project No. A2013-022-004203 “Redox-speciation of organic sulphur in dissolved and solid peat organic matter - stability of oxidized organic sulfur compounds and implications for anaerobic electron transfer”, PI: KH. Knorr
    • 10/2012 – 03/2013: ISS Karlsruhe, ANKA Beamline SUL-X:, project No. ENV 236: “Speciation of organic sulfur in humic acids and natural organic matter after reaction with H2S”, PI: KH. Knorr