Ny undersøgelse undersøger funktionalitet i akvatiske økosystemer

Funktionerne i vanddominerede økosystemer kan påvirkes og ændres betydeligt af hydrologiske udsving. De forskellige tilstande for redox-aktive stoffer er her af afgørende betydning. Forskere ved University of Bayreuth har opdaget dette, i samarbejde med partnere fra universiteterne i Tübingen og Bristol og Helmholtz Center for Miljøforskning, Halle-Leipzig. De præsenterer deres opdagelse i journalen Naturgeovidenskab . Den nye undersøgelse muliggør en mere præcis forståelse af de biogeokemiske processer, der bidrager til nedbrydning af forurenende stoffer og reduktion af drivhusgasemissioner.

Reducere dannelsen af ​​drivhusgasser, lagring af kulstof, fjernelse af miljøforurenende stoffer, såsom nitrat, og levering af drikkevand af høj kvalitet-det er vigtige tjenester, der leveres af akvatiske økosystemer, såsom søer, vandløb, marsk, og moser. Sådanne akvatiske økosystemers funktioner er tæt forbundet med iltcyklusser, nitrogen, kulstof, og andre elementer i naturen. Det har længe været kendt, at elementære cyklusser er sammenkoblede biogeokemiske processer, der kan påvirkes betydeligt af hydrologiske udsving. Eksempler på dette er udsving i vådområdernes vandstand, tørvemarker, og grundvand, eller endda ændre strømningsretninger i grundvand.

Forskerteamet ledet af prof. Dr. Stefan Peiffer ved University of Bayreuth er nu lykkedes at forstå elementcyklussers afhængighed af hydrologiske udsving mere præcist. Som talrige laboratorieundersøgelser har vist, redox-aktive stoffer har en nøglefunktion i dette. "Enhver, der nogensinde har trasket gennem en sump eller rodet i sandet i en svømmesø, vil have bemærket disse stoffer på grund af deres forskellige farver. I et meget begrænset rum, farvenuancer skifter fra dyb sort til grå og brun til lys rød. Hvad der ligger bag dette er et samspil mellem mikrobiologiske og kemiske processer, hvor elektroner overføres. I forskning, vi kalder dem redoxreaktioner, "siger Peiffer.

En forholdsvis simpel form for redoxreaktion er respiration hos mennesker og dyr. Kulstof oxideres af ilt til dannelse af kuldioxid. I de mikrobielt drevne redoxreaktioner, der finder sted i en sump, for eksempel, iltens rolle overtages af en række redox-aktive stoffer-jern, svovl, og manganforbindelser eller humusstoffer. Levetiden for disse stoffer er meget kort, men de viser en meget stærk tendens til at deltage i redoxreaktioner. De kaldes derfor "redox-aktive metastabile faser" (RAMP'er). På grund af deres høje reaktivitet, RAMP'er spiller en stor rolle i elementære cyklusser i økosystemer. For eksempel, de er i stand til at nedbryde forurenende stoffer såsom nitrater eller forskellige andre organiske kemikalier.

En grund til den korte levetid for RAMP'er er den konstante ændring mellem elektrondonerende og elektronacceptable forhold. Studiet, udgivet i Naturgeovidenskab , kommer til en konklusion afgørende for økologisk og miljømæssig forskning. Dynamikken i redoxreaktiviteten af ​​RAMP'er udløses af hydrologiske udsving, der opstår i kystzoner, i vådområder, i vandfyldte jordarter, i risdyrkningsjord eller på overfladen af ​​sedimenter i søer og floder. Disse biogeokemiske reaktioner i lille skala, på tur, påvirke økosystemets store reaktioner, for eksempel, mængden af ​​drivhusgasser, der frigives til atmosfæren. Dette gør det for første gang forståeligt, hvordan hydrologiske udsving, for eksempel svingende vandstand, påvirke elementære cyklusser i naturen, og dermed økosystemernes funktion.

"Vores undersøgelse viser, at biogeokemiske reaktioner i en skala på kun få mikrometer udgør et vigtigt krux mellem to storskala processer:Mellem hydrologiske udsving på den ene side, og økosystemfunktioner på den anden. Vores nye fund vil derfor bidrage til bedre at forudsige nedbrydning af forurenende stoffer i akvatiske økosystemer i fremtiden. Klimaændringernes konsekvenser for kulstof- og kvælstofomdannelse i disse økosystemer kan også vurderes mere præcist i fremtiden, "siger Peiffer.