TP2 Stabile Isotopen
– Indikatoren für veränderte Fließbedingungen und biologische Umsätze in hyporheischen Zonen

AQUAKLIF_TP2

Von 04/2018 bis 07/2023

Projektleiter: Johannes Barth
Mitarbeiter: David Piatka, Luisa Meiritz

Worum geht es?

Entscheidend für den angestrebten "guten Zustand" eines Gewässers ist der gelöste Sauerstoff im Wasser. In diesem Teilprojekt werden klimabedingte Verschiebungen von Stoffumsätzen insbesondere des Sauerstoffs in Bächen untersucht und daraus folgende ökologische Auswirkungen charakterisiert. Daraus sollen Empfehlungen abgeleitet werden, damit bei Maßnahmen zum Gewässerschutz auch "die Chemie stimmt". Hierbei bietet eine neue Messmethode der "stabilen Isotope" des Sauerstoffs eine spannende Gelegenheit: Sie erlaubt es die Pfade des gelösten Sauerstoffs im Bach, Bachgrund und im Grundwasser zu bestimmen. Das hilft folgende Fragen zu beantworten:

 

• Woher kommt dieses lebenswichtige Element - aus Photosynthese oder Atmosphäre?
• Wie wird Sauerstoff umgesetzt – durch bakterielle Atmung oder Ausfällung z.B. in Eisen-haltige Minerale?

Stabile Isotope lassen sich auch für andere Elemente wie Kohlenstoff erfassen, um das Gesamtgefüge der zusammenhängenden Kohlenstoff- und Sauerstoffzyklen in den verschiedenen Wasserkompartimenten (Porenwässer, Grundwässer, freies Wasser) besser zu verstehen. Die Arbeitsgruppe Angewandte Geologie der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg stellt dem Projekt eines der wenigen Labore weltweit zur Verfügung, das die neue Methode für Isotopenmessungen bei gelöstem Sauerstoff und anderen Elementen anwendet.

 

...wissenschaftlich formuliert:

Klimaänderungen und deren Folgeeffekte, wie beispielsweise veränderte Temperaturen und Abflussraten, geänderte Sedimentschüttungen und/oder Verockerungen können Sauerstoff (O)- und Kohlenstoff (C)-Zyklen in aquatischen Fließgewässern stark verändern. Solche Änderungen können Interaktionsverschiebungen zwischen Grund- und Oberflächenwässern anzeigen und beeinflussen auch wichtige biologische Nischen, wie die hyporheische Zone (i.e. das direkt an den Bachlauf angebundene Grundwasser). Nähere Untersuchungen dieser Zusammenhänge sind wichtig, weil O und C zu den am intensivsten umgesetzten Elementen in Fließgewässern gehören. Ihre Quellen und Senken umfassen Einträge aus Landschaften und aus Grundwasser sowie Speicherung in Sedimenten, Photosynthese, atmosphärischen Austausch und Respiration. Diese Quellen und Senken beginnen sich durch klimatische Einflüsse zu verschieben und müssen besser quantifiziert werden, um Handlungsmaßnahmen zu planen.

In diesem Teilprojekt sollen neue Messungen von ¹³C/¹²C und ¹⁸O/¹⁶O Isotopenverhältnissen in Oberflächen-, Sediment- und Grundwässern veränderte Elementzyklen, Eintragspfade und Speicher charakterisieren. Beispielsweise können mit stabilen Isotopen Raten von Sauerstoff-Eintrag und dessen Zehrung berechnet werden. Diese beeinflussen wiederum aquatische Kohlenstoffumsetzungen als Grundlage für Ökosystemfunktionen. Geplante Untersuchungen müssen gemeinsam mit Modellierungen und Untersuchungen biologischer und geochemischer Indikatoren durchgeführt werden, wenn Einflüsse durch Klimaänderungen besser verstanden werden sollen, um Gewässerschutzmaßnahmen zu planen.