Forschung

 

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Prozesse an Flachwasser-Gasaustritten

Processes at shallow water gas seeps (PAGS)

Koordination: Miriam Weber, Christian Lott


Austritten von Methan, Kohlendioxid und anderen Gasen aus dem Erdinnern kommt eine immense Bedeutung bei der Kopplung geologischer Prozesse mit Vorgängen in der Atmosphäre zu. Methan hat eine etwa 30 Mal stärkere Wirkung als Treibhausgas als CO2. Biologische Vorgänge im Meeresboden führen schon vor dem Austritt der Stoffe zu einer teilweisen oder vollständigen Umwandlung und spielen somit für die natürliche Regulation dieser Treibhausgase eine entscheidende Rolle. Prozesse wie beispielsweise die anaerobe Oxidation von Methan (AOM) durch Bakterien und/oder Archaeen, oder wahrscheinlicher Konsortien aus Vertretern beider Gruppen, sind in ihrer Existenz nachgewiesen, aber noch nicht entschlüsselt oder gar verstanden.

Gasaustritte vor der Küste Elbas beobachten wir seit 1995. Erste Analysen zeigen, dass es sich hauptsächlich um Methan handelt. Die Kontinuität der Austritte legt nahe, dass es sich um thermogenes, also aus dem Erdinnern aufdringendes Methan handelt und nicht um das Produkt oberflächennahen Abbaus organischen Materials. Isotopenanalysen haben ergeben, dass der Anteil an dem seltenen schwereren stabilen Kohlenstoffisotop 13C sehr hoch ist, was ebenso für einen möglichen thermogenen Ursprung des Methans spricht.

Uns interessieren die Bakteriengemeinschaften auf und im Meeresboden, die Meio- und Mikrofauna in der Nähe der gas seeps und die biogeochemischen Prozesse in ihrem Einflussgebiet. Die Freilanduntersuchungen werden durch Inkubationen im Labor unter verschiedenen Druck- und Konzentrationsbedingungen ergänzt. Im Rahmen unseres alljährlich stattfindenden Kurses "Methoden der Unterwasserforschung" wurden wiederholt Messungen des Gasflusses durchgeführt. Außerdem wurden die etwa 15 Austrittsstellen kartiert. Die gewonnenen Proben werden in Bremen am Max Planck Institut für Marine Mikrobiologie weiter bearbeitet.

Hanna Kuhfuß, Studentin aus Freiburg führte im Fühjahr 2010 ein Praktikum am MPI durch, bei dem sie die beim Methodenkurs 2009 gewonnen Sedimentproben molekularbiologisch analysierte. Unter der Betreuung von Katrin Knittel untersuchte sie die Verteilung und Identitiät von Bakterien und Archaeen, die das Methan anaerob oxidieren. Erste Ergebnisse sind sehr vielversprechend.

 

Aggregate aus Bakterien und Archaeen betreiben anaerobe Oxidation von Methan (AOM)

 

Johanna Wiedling aus Greifswald bearbeitete in ihrer Bachelorarbeit ebenfalls Proben aus dem Methanfeld, die beim Methodenkurs 2009 gewonnen wurden. Sie untersuchte unter der Betreuung von Anna Lichtschlag am MPI MM die Biogeochemie des Sediments und des Porenwassers. Zusammen mit Patrick Meister, ebenfalls MPI, versucht Johanna die Entstehung von Kalkkrusten auf Resten von Seegrasrhizomen im Einflußbereich der Gasaustritte aufzuklären. Wie es zu einer Kalkbildung 50 cm tief im fast reinen Silikatsand kommen kann ist bislang nicht verstanden.

Ausfällungen von Kalk in Form von Aragonitnadeln verkitten silikatische Sandkörner

 

Kooperationen:

Dr. Christian Deusner, Dr. Gunter Wegener, Dr. Thomas Holler (Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen): Kultivierung barophiler Bakterien, AOM
Dr. Dirk de Beer, Dr. Anna Lichtschlag (Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie Bremen): Biogeochemie, Mikrosensorik
Dr. Katrin Knittel, Nicole Rödiger (Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen): Molekulare Ökologie von ANME-Konsortien
Hanna Kuhfuß (Uni Freiburg i. Br.): Molekularbiologische Untersuchungen an Sedimenten von Methanaustrittsstellen
Johanna Wiedling (Uni Greifswald): Biogeochemie und Meiofauna von Sedimenten an Methanaustrittsstellen
Dr. Patrick Meister (Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie Bremen): Kalzifizierung, Dolomitisierung

Prof. Dr. Wolfgang Bach (Universität Bremen): Kalzifizierung, Dolomitisierung