Mobile Partikel im System Boden-Ungesättigte Zone-Aquifere: Quellen, Stoffspektrum und Bedeutung für Stoffkreisläufe und Funktionen unterirdischer Ökosysteme

Robert Lehmann1, Paul Seeber1, Bernd Kohlhepp1, Martina Herrmann2, Kirsten Küsel2, Kai Uwe Totsche1
1 Lehrstuhl für Hydrogeologie, Friedrich-Schiller-Universität Jena, Germany
2 Lehrstuhl Aquatische Geomikrobiologie, Friedrich-Schiller-Universität Jena, Germany

O 6.5 in Grundwasserbiologie

15.04.2016, 11:45-12:00, Plank Hörsaal, Geb. 40.32

 

Mobile Umweltpartikel in unterirdischen Ökosystemen der Kritischen Zone weisen ein großes Stoff- und mobiles Größenspektrum auf. Neben biotischen Komponenten und Akteuren wie Mikro- und Makrofauna, werden mit den jeweiligen mikrobiologischen und geowissenschaftlichen Probenahme- und Präparationstechniken mannigfaltige abiotische, mineralische oder heteroaggregierte, dispergierte Komponenten erfasst. Diese geobiogen gebildeten oder anthropogen eingetragenen Komponenten dienen als Energiequellen, Nährstoffe und Vehikel für den trägervermittelten Stofftransport und sind wesentlich für die unterirdischen biogeochemischen Kreisläufe. Bisher sind jedoch nur wenige gesicherte Informationen aus quantifizierenden und mesoskaligen Untersuchungen zum mobilen Stoffspektrum im System Boden GW-UZ-Aquifere verfügbar. Um diese Wissenslücke zu schließen, haben wir das CZO Hainich (Nordwestthüringen, Unstrut-EZG) stellvertretend für Einzugsgebiete und Kulturräume gemäßigter Klimate mit karbonatischem Ausgangsgestein zur Untersuchung der unterirdischen Biogeosphäre eingerichtet. Für die Gewinnung und Untersuchung mobiler Umweltpartikel haben wir entlang eines Transekts in Richtung der Grundwasserströmung insbesondere Niederschlagsfänger, Auflagelysimeter, tensionsgesteuerte Lysimeter in mehreren Tiefen, sowie Grundwassermessstellen für die Installation von Passivsammlern und zur Grundwasserprobenahme errichtet. Diese werden in regulären und ereignisabhängigen Kampagnen beprobt und die freisetzungssteuernden Milieubedingungen (Bodenlösungs- und Grundwasserbeschaffenheit, Hydraulik) und äußeren Faktoren (Wetterparameter, Bewirtschaftung) gemessen. Die Zusammensetzung der mobilen partikulären Fraktion zeigen u.a. Karbonatfragmente und Verwitterungsresiduate in den Aquiferen der teilweise verkarsteten Kalkstein-Mergelstein-Tonstein-Wechselfolgen des Oberen Muschelkalkes und eine hohe mikrobielle Diversität an  Bacteria, Archaea und auch eukaryotischen Mikroorganismen wie Pilzen, Ciliaten und Flagellaten. Verschiedene mikrobielle Gruppen der Bacteria und Archaea nehmen im Aquifer eine wichtige Rolle im Stickstoff- und Schwefelkreislauf sowie in der photosynthese-unabhängigen autotrophen CO2-Fixierung ein.  Neben der Charakterisierung der mobilen Partikel, die auch als Tracersubstanzen zur Verfügung stehen, sind die dynamischen Milieubedingungen im variabel gesättigten Untergrund des Karbonat-/Karststandortes, die klimatischen Ereignisse und die Quellmaterialien (Böden, Aquifergestein, Kluftmineralisationen) Gegenstand der Untersuchungen für das tiefere Verständnis der Bedeutung von partikulären Substanzen für Stoffkreisläufe der Biogeosphäre des Standortes.



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