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Fl眉sse sind eine der Hauptquellen von Spuren- und Hauptelementen f眉r den Ozean. Die Zufuhr von Elementen in den Ozean hat weitreichende Auswirkungen auf die Meeresbiota und die Zusammensetzung des Meerwassers. Bei den meisten Elementen wird diese Zufuhr durch 脛stuarprozesse erheblich ver盲ndert. Gro脽e Schwankungen der Ionenst盲rke, des pH-Wertes und der Belastung durch organische und anorganische Schwebstoffe senken die Stabilit盲t einiger Elemente und erh枚hen die Stabilit盲t anderer. Es ist daher nicht m枚glich, den Beitrag der Fl眉sse zur Biogeochemie des Ozeans allein durch stromaufw盲rts gerichtete Messungen der Wasserchemie zu bestimmen. Wir arbeiten in einer Vielzahl von Flussm眉ndungen aus unterschiedlichen Klimazonen, Topographien und anthropogenen Aktivit盲tsniveaus (Fl眉sse des Amazonas, Kongo, Niger, Sambesi, Lena, Borneo) um zu entschl眉sseln, wie 脛stuarprozesse den Eintrag von Spuren- und Hauptelementen in den Ozean ver盲ndern. Die meisten dieser 脛stuarstudien wurden mit -Forschungsfahrten koordiniert, die Proben der Ozeanchemie von der Flussm眉ndung bis zum offenen Ozean nehmen, um das globale Ozeanbild zu berechnen. Anthropogene Aktivit盲ten wie Stauung und Schadstoffemissionen ver盲ndern zunehmend die Fluss- und 脛stuarprozesse. Unser Ziel war es zu entschl眉sseln, wie die kombinierten Auswirkungen dieser Prozesse, die Versauerung der Ozeane und die globale Erw盲rmung die Ozeane ver盲ndern werden.

Vieira, L.H., Krisch, S., Hopwood, M.J., Beck, A.J., Scholten, J., Liebetrau, V. and Achterberg, E.P. (2020). Unprecedented Fe delivery from the Congo River margin to the South Atlantic Gyre. Nature Communications, 11, 556.
DOI: 

Im Rahmen eines von an der Universit盲t Glasgow (UK) geleiteten Projekts zur Untersuchung der Triebkr盲fte f眉r die Verbreitung von Seev枚geln im gem盲脽igten Nordatlantik untersuchten wir die Verteilung von N盲hrstoffen und Phytoplankton in dieser Region und bewerteten die N盲hrstoffbeschr盲nkungen f眉r das Phytoplanktonwachstum.

Ansprechperson: Dr. Thomas Browning

geht es zur Podcast-Folge 眉ber das Projekt mit Dr. Thomas Browning und .

Browning, T.J., Al-Hashem, A.A., Hopwood, M.J., Engel, A., Wakefield, E.D. und Achterberg, E.P. (2019). N盲hrstoffregulierung der Phytoplanktonbl眉te im sp盲ten Fr眉hjahr im Nordatlantik in mittleren Breiten. Limnology and Oceanography, 65, 1136-1148.
DOI:

Im Jahr 2019 wurde die erste -China-Abschnittsfahrt im westlichen subtropischen Pazifik erfolgreich durchgef眉hrt. Dieses Projekt wurde von der Universit盲t Xiamen geleitet und wir nahmen an der Fahrt teil, um zur Untersuchung der Kontrolle des Phytoplanktonwachstums in dieser Region beizutragen. 

finden Sie weitere Infos zur Forschungsreise und den geht es zum Fahrtbericht.

Stickstoff ist h盲ufig der N盲hrstoff, der die mikrobielle Aktivit盲t im Ozean begrenzt. Er liegt jedoch in einer Reihe verschiedener chemischer Formen vor, die in unterschiedlichem Ma脽e von verschiedenen Mikroben genutzt werden k枚nnen. ist eine durch das chinesische CSC-Programm finanzierte Doktorandin, unserer Gruppe beigetreten ist, nachdem sie ihre ersten beiden Jahre an der Universit盲t Xiamen bei absolviert hat. Jing hat im Rahmen verschiedener -Forschungsfahrten die Raten der Stickstoffaufnahme und -umwandlung an (i) einem K眉stenstandort in der Ostsee (Boknis Eck) und (ii) in einem offenen Ozeansystem im Pazifik untersucht.

Im Rahmen der -Ausfahrten im S眉dostatlantik 2014/15 untersuchten wir die Auswirkungen ver盲nderter N盲hrstoffregime auf den Zustand der N盲hrstofflimitierung des Phytoplanktons und deren Auswirkungen auf die Zusammensetzung der Phytoplanktongemeinschaft. Wir fanden deutliche Gradienten in der Begrenzung des Phytoplanktons durch Stickstoff und Eisen. 脺berraschenderweise entdeckten wir Ozeanbereiche, die durch beide N盲hrstoffe gemeinsam begrenzt waren, sodass sowohl Stickstoff als auch Eisen zugef眉hrt werden mussten um ein verst盲rktes Phytoplanktonwachstum zu erzeugen. Die 狈盲丑谤蝉迟辞蹿蹿产别驳谤别苍锄耻苍驳en waren auf der Grundlage der gemessenen N盲hrstoffkonzentrationen im Meerwasser vorhersehbar. Wir stellten auch fest, dass die Standorte, dei denen sowohl Stickstoff als auch Eisen begrenz vorlagen, vielf盲ltigere Phytoplanktongemeinschaften aufweisen und stellten die Hypothese auf, dass diese Vielfalt eine wichtige Triebkraft f眉r die N盲hrstoffkolimitierung sein k枚nnte. Hochmodernen Modelle zur Projektion der Auswirkungen dieser Kolimitierung zeigten m枚gliche Auswirkungen auf den Klimawandel. Wir fanden auch eine unerwartet wichtige Sekund盲rrolle f眉r Kobalt oder kobalthaltiges Vitamin B₁₂ bei der Regulierung des Phytoplanktonwachstums nach der Zufuhr von Stickstoff und Eisen.

Browning, T.J., Achterberg, E.P., Rapp, I., Engel, A., Bertrand, E.M., Tagliabue, A. and Moore, C.M. (2017). Nutrient co-limitation at the boundary of an oceanic gyre. Nature, 551, 242-246.
DOI: 

Diese Arbeit wurde durch ein Marie-Sk艂odowska-Curie-Stipendium f眉r Dr. Thomas Browning von der Europ盲ischen Kommission im Rahmen von Horizon2020 finanziert.

In einigen Ozeanregionen in den niedrigen Breitengraden sind die Phosphorkonzentrationen derart abgesunken, dass sie das Phytoplanktonwachstum und die Stickstoff-Fixierungsraten begrenzen k枚nnten. Um gen眉gend Phosphor zu erhalten greifen Mikroben auf den Phosphorpool zu, der an gel枚stes organisches Material gebunden ist. Dazu ben枚tigen sie ein Enzym namens "alkalische Phosphatase". Es gibt drei Haupttypen dieses Enzyms: PhoA, PhoX und PhoD. Es war jahrzehntelang bekannt, dass PhoA Zink als seinen aktivierenden Metall-Co-Faktor enth盲lt. Neuere kristallographische Studien haben jedoch gezeigt, dass PhoX und PhoD tats盲chlich Eisen enthalten, welches im Ozean oft nur in geringem Ma脽e verf眉gbar ist. Wir untersuchten das Potenzial f眉r eine Eisen- und/oder Zinkbegrenzung der alkalischen Phosphatase-Aktivit盲t im subtropischen Nordatlantik, wo die Phosphorkonzentrationen extrem abgesunken sind. Wir fanden heraus, dass die Eisenzufuhr zu signifikanten Verbesserungen der alkalischen Phosphatase f眉hrte, dort wo die Eisenzufuhr aus Staub am geringsten war und keine Verbesserungen an Orten, an denen die Eisenzufuhr bereits hoch war. Die Zufuhr von Zink f眉hrte durchweg zu keinen Ver盲nderungen der Aktivit盲t der alkalischen Phosphatase, was darauf schlie脽en l盲sst, dass sie nicht limitierend war.
war ein Doktorand, der Teil einer durch ein CSC-Stipendium finanzierten Gruppe war. Er untersuchte das oben beschriebene Thema an Kulturen mit der Stickstoff-fixierenden Mikrobe Trichodesmium.

Browning, T.J., Achterberg, E.P., Yong, J.C., Rapp, I., Utermann, C., Engel, A. and Moore, C.M. (2017). Iron limitation of microbial phosphorus acquisition in the tropical North Atlantic. Nature communications, 8, 15465.
DOI:

Diese Arbeit wurde durch ein Marie-Sk艂odowska-Curie-Stipendium f眉r Dr. Thomas Browning von der Europ盲ischen Kommission im Rahmen von Horizon2020 finanziert.

Im Rahmen des SFB 754-Programms wurden in der peruanischen Auftriebszone Experimente durchgef眉hrt um die N盲hrstoffe zu untersuchen, die das Phytoplanktonwachstum begrenzen. Wir stellten fest, dass das Phytoplankton direkt 眉ber dem flachen peruanischen Schelf nicht durch N盲hrstoffe begrenzt wurde, sondern in kurzer Entfernung vor der K眉ste rasch durch Eisen begrenzt wurde. Weder f眉r Kobalt noch f眉r Vitamin B₁₂ wurde f眉r diese Region eine klare begrenzende Rolle gefunden.

Browning, T.J., Rapp, I., Schlosser, C., Gledhill, M., Achterberg, E.P., Bracher, A. and Le Moigne, F.A. (2018). Influence of Iron, Cobalt, and Vitamin B₁₂ Supply on Phytoplankton Growth in the Tropical East Pacific During the 2015 El Ni帽o. Geophysical Research Letters, 45, 6150-6159.
DOI:  

Diese Arbeit wurde durch ein Marie-Sk艂odowska-Curie-Stipendium f眉r Dr. Thomas Browning von der Europ盲ischen Kommission im Rahmen von Horizon2020 finanziert.

Dieses Projekt hat die Auswirkungen des Auftriebs an der 枚stlichen Grenze und des Sauerstoffmangels in der Tiefsee auf die Produktivit盲t der Ozeane und den Kohlenstoffexport untersucht. Unser Untersuchungsgebiet war der s眉d枚stliche Atlantische Ozean, wo der mit dem Benguelastrom verbundene Auftrieb zu einer hohen Phytoplanktonproduktivit盲t f眉hrt und eine gro脽e Sauerstoffminimumzone bildet. Wenn man sich weiter vor der K眉ste bewegt, nehmen Auftrieb, Produktivit盲t und Sauerstoffverbrauch drastisch ab. Durch die Untersuchung von Standorten entlang dieses 脺bergangs wurden wichtige Kontrollen betrachtet: (i) die Menge der Phytoplanktonproduktivit盲t im Oberfl盲chenozean und (ii) das Absinken dieses Materials in die Tiefsee. Wir haben mit Modellierer:innen zusammengearbeitet, um unsere Ergebnisse zur Verbesserung der Projektionen der Kohlenstoffaufnahme der Ozeane unter zuk眉nftigen Klimaszenarien zu nutzen, und mit Sozialwissenschaftler:innen, um die sozio枚konomischen Kosten abzusch盲tzen und die Interessensgruppen zu informieren.

Ansprechperson: Prof. Eric Achterberg

Wir untersuchen die Kontrolle von Eisen und anderen Spurenelementen in zwei Auftriebsgebieten an der 枚stlichen Grenze: vor den K眉sten Mauretaniens und Perus. Beide Regionen sind Standorte wichtiger Fischereien und des Kohlenstoffaustauschs zwischen Ozean und Atmosph盲re und werden voraussichtlich in Zukunft wichtige Ver盲nderungen erfahren.

Rapp, I., Schlosser, C., Menzel Barraqueta, J.L., Wenzel, B., L眉dke, J., Scholten, J., Gasser, B., Reichert, P., Gledhill, M., Dengler, M. and Achterberg, E.P. (2019). Controls on redox-sensitive trace metals in the Mauritanian oxygen minimum zone. Biogeosciences (BG), 16, 4157-4182.
DOI: 

Rapp, I., Schlosser, C., Browning, T.J., Wolf, F., Le Moigne, F.A., Gledhill, M. and Achterberg, E.P. (2020). El Ni帽o-Driven Oxygenation Impacts Peruvian Shelf Iron Supply to the South Pacific Ocean. Geophysical Research Letters, 47, p.e2019GL086631.
DOI:

Browning, T.J., Rapp, I., Schlosser, C., Gledhill, M., Achterberg, E.P., Bracher, A. and Le Moigne, F.A. (2018). Influence of Iron, Cobalt, and Vitamin B₁₂ Supply on Phytoplankton Growth in the Tropical East Pacific During the 2015 El Ni帽o. Geophysical Research Letters, 45, 6150-6159.
DOI:

Ansprechpersonen: Prof. Eric Achterberg, Dr. Martha Gledhill

Dieses Projekt wird die treibenden Kr盲fte von 狈盲丑谤蝉迟辞蹿蹿产别驳谤别苍锄耻苍驳sregimen im S眉dostatlantik untersuchen. Wir werden k眉rzlich aufgewirbeltes Meerwasser an der afrikanischen K眉ste ins Visier nehmen, das sich dann offshore in Hochenergiefilamenten ausbreitet. Wir werden N盲hrstoffquellen, -senken und -kreisl盲ufe in den Filamenten, die Auswirkungen und R眉ckkopplungen von Verschiebungen in der 狈盲丑谤蝉迟辞蹿蹿产别驳谤别苍锄耻苍驳 des Phytoplanktons und den Kohlenstoffexport untersuchen.

Im Rahmen dieses Projektes fand die statt. geht es zum Blog der Expedition.
 
Ansprechperson: Dr. Thomas Browning

K眉stenauftrieb in Verbindung mit 枚stlichen Grenzstr枚mungen transportiert Tiefwassern盲hrstoffe an die Oberfl盲che und f眉hrt zu den Standorten mit der h枚chsten Produktivit盲t im globalen Ozean.
Diese hohe Produktivit盲t erh盲lt wichtige Fischereien aufrecht und bremst die Ausgasung von CO₂ in die Atmosph盲re. Gro脽e Mengen sinkender organischer Substanz tragen auch zum Sauerstoffentzug im tieferen Wasser bei, da dieses Material nach und nach von Bakterien veratmet wird.
Es wird davon ausgegangen, dass diese Standorte durch den k眉nftigen Klimawandel stark beeintr盲chtigt werden. Es wird erwartet, dass Erw盲rmung und Schichtung den Auftrieb verringern werden, was sich m枚glicherweise sowohl auf die Produktivit盲t dieser Zonen als auch auf die Sauerstoffkonzentrationen im tiefen Wasser auswirken wird. Neben anderen Faktoren h盲ngen solche R眉ckkopplungen entscheidend von etwaigen 脛nderungen der Konzentrationen von N盲hrstoffen und Spurenelementen ab, die nach oben getrieben werden. Wir f眉hren Forschungsarbeiten durch, um die derzeitigen Kontrollen der N盲hrstoff- und Spurenelementquellen, -senken und -kreisl盲ufe in diesen Systemen und ihre Auswirkungen auf die Phytoplanktonproduktivit盲t zu bewerten, damit wir die R眉ckkopplungen des Klimawandels besser vorhersagen k枚nnen. 

Ein von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziertes Projekt, das die Triebkr盲fte der 狈盲丑谤蝉迟辞蹿蹿产别驳谤别苍锄耻苍驳 im S眉dostatlantik untersuchen wird. Dieses Projekt zielt auf k眉rzlich aufgewirbeltes Meerwasser in der N盲he der afrikanischen K眉ste, das sich dann in Filamenten k眉stenfern ausbreitet. Wir werden die N盲hrstoffquellen, -senken und -kreisl盲ufe in den Filamenten sowie die Auswirkungen und R眉ckkopplungen der 狈盲丑谤蝉迟辞蹿蹿产别驳谤别苍锄耻苍驳 des Phytoplanktons untersuchen.

Ansprechperson: Dr. Thomas Browning

Das Ziel von diesem vom Bundesministerium f眉r Bildung und Forschung (BMBF) 驳别蹿枚谤诲别谤迟en Projekt ist es, die potentielle Kolimitierung vom Phytoplanktonwachstum durch Stickstoff und Eisen im 盲quatorialen Pazifik zu untersuchen. Es handelt sich um ein Kooperationsprojekt mit von der Woods Hole Oceanographic Institution (USA), der mikrobielle N盲hrstoffstressproteine untersucht und von der Universit盲t Liverpool (UK), der die Ergebnisse von Feldstudien mit Simulationen von 狈盲丑谤蝉迟辞蹿蹿产别驳谤别苍锄耻苍驳en in globalen biogeochemischen Ozeanmodellen verkn眉pft.

Ansprechperson: Dr. Thomas Browning

Die Aktivit盲t von Mikroben ist eine kritische Komponente der Elementarzyklen im Ozean. Wir interessieren uns besonders f眉r die Elemente, die das Wachstum des Phytoplanktons begrenzen k枚nnen: Diese Organismen tragen zu ~50% der Prim盲rproduktion auf der Erde bei, sind die Basis des marinen Nahrungsnetzes, vermitteln den Austausch von Kohlendioxid aus der Atmosph盲re in den Ozean und verpacken und transferieren Elemente von der Oberfl盲che in den tiefen Ozean. Zu den Schl眉sselelementen, die neben den im Meerwasser vorkommenden Phytoplanktonarten eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Phytoplanktonwachstums spielen, geh枚ren Stickstoff, Phosphor, Silizium und Eisen, wobei zunehmend anerkannt wird, dass diese Liste m枚glicherweise um Zink, Mangan, Kobalt und Vitamin B₁₂ erweitert werden sollte.

Wir untersuchen die Rolle, die diese Elemente spielen folgenderma脽en:

• Experimente durchf眉hren, bei denen kleine Mengen dieser N盲hrstoffe dem Meerwasser zugesetzt werden und indem wir die Reaktionen des Phytoplanktons nachweisen
• Beurteilung der Verteilung, Zufuhr und Entnahme von Meeresn盲hrstoffen in Bezug auf die gemessene Phytoplanktonbiomasse und die Struktur der Lebensgemeinschaft
• Messung der Physiologie des Phytoplanktons mit Fluoreszenztechniken und Enzymaktivit盲tsuntersuchungen
• Messung der wichtigsten mikrobiellen Metaboliten im Meerwasser, die eine Diagnose des N盲hrstoffstresses des Phytoplanktons erm枚glichen
• Verkn眉pfung der N盲hrstoffverf眉gbarkeit mit dem Phytoplanktonwachstum mit Hilfe einfacher numerischer Modelle.

Wir verwenden Laborkultur-Experimente, um die Reaktion von Schl眉ssel-Phytoplankton auf Umweltst枚rungen unter kontrollierten Bedingungen zu untersuchen.

Eine Schl眉sselfrage bei Phytoplanktonkultur-Experimenten ist (i) die Wiederholung von Wachstumsbedingungen, die f眉r die Ozeane realistisch sind, und (ii) die F盲higkeit, an jeder Probenahmestelle gen眉gend Phytoplanktonmaterial aus den Kulturen f眉r eine detaillierte chemische und biologische Analyse zu sammeln. Um dieses Problem zu l枚sen, haben wir einen neuartigen Ansatz entwickelt, bei dem exponentiell chargenweise gef眉tterte Kulturen verwendet werden, um gro脽e Mengen an Phytoplankton unter station盲rer 狈盲丑谤蝉迟辞蹿蹿产别驳谤别苍锄耻苍驳 zu z眉chten.
Derzeitige Experimente konzentrieren sich auf die Untersuchung der Rolle von Eisen und Phosphor auf Schl眉sselarten stickstofffixierender Bakterien (Diazotrophe), mit besonderem Schwerpunkt auf den Wechselwirkungen zwischen der Eisen- und Phosphorversorgung 眉ber den Bedarf an Eisen in der alkalischen Phosphatase (dem Enzym, das von Mikroben verwendet wird, um Phosphor aus gel枚stem organischem Phosphor zu gewinnen), den Auswirkungen der 狈盲丑谤蝉迟辞蹿蹿产别驳谤别苍锄耻苍驳 auf die elementare St枚chiometrie und den Ver盲nderungen der Metaboliten mit Verschiebungen der 狈盲丑谤蝉迟辞蹿蹿产别驳谤别苍锄耻苍驳.

Ansprechpersonen: Dr. Martha Gledhill & Dr. Thomas Browning

Ein gro脽er Teil der Bomben des Zweiten Weltkriegs wurde nicht explodiert, so dass Hg-haltige H眉llen in den Sedimenten eingebettet sind. Vor und w盲hrend des Zweiten Weltkriegs wurden in der N盲he der Ostseestadt Kiel (Deutschland) gro脽e Mengen an Flugzeugmunition verschossen. Viele dieser Munition befindet sich in K眉stenn盲he und in der N盲he von Bev枚lkerungszentren und Fischgr眉nden, die empfindlich auf Hg-Toxizit盲t reagieren. Nach 70 Jahren auf dem Meeresboden zersetzen sich die Geschosse und setzen ihre explosiven Verbindungen, einschlie脽lich Hg-Fulminat, frei. Es wurde nachgewiesen, dass signifikante Mengen an Munitionsverbindungen wie Nitroaromaten in den Gew盲ssern um die Bomben herum nachgewiesen wurden. Daher ist es wichtig zu erforschen, ob das Hg in der Munition auch in diesen Gebieten ausgepr盲gt ist und ob es eine Gefahr f眉r K眉stenbewohner:innen und aquatische Biota darstellt. Um diese Aufgabe zu erf眉llen, werden Fische, Plankton, Gew盲sser und Sedimente an Orten gesammelt, die sich in unmittelbarer N盲he zu bekannten Munitionen befinden. Die unmittelbare Lage dieser Bomben wird durch geophysikalische Kartierungen und Messungen verifiziert. Die Proben werden im Biogeochemie-Labor des 黑料视频 auf Hg und MeHg analysiert, um festzustellen, ob ein Potenzial f眉r den Austritt oder die Umwandlung von Hg aus den alten Bomben in die Umwelt besteht. Diese Forschung wird helfen, die Bedrohung der B眉rger:innen und der Umwelt durch lokalisiertes toxisches Hg aus der Munition zu beurteilen. Es ist m枚glich, dass diese Ergebnisse uns helfen werden, die lokalen Auswirkungen der Degradation auf lokale Gew盲sser zu verstehen und wo die Munitionssanierung und -beseitigung priorisiert werden k枚nnte.

Ansprechperson: Kathleen Gosnell

Das Studium der aquatischen Chemie umfasst die grundlegende und wichtige Kontrolle, die die Chemie bei der Zusammensetzung nat眉rlicher Gew盲sser spielt. Der pH-Wert der L枚sung, die Ionenst盲rke (eine Variable, die f眉r die Ladung und Konzentration der Ionen in der L枚sung verantwortlich ist), die Temperatur und die Zusammensetzung des Mediums sowie die chemische Speziation sind entscheidend f眉r das Verst盲ndnis und die Vorhersage der Bindung, L枚slichkeit, des Transports, der Toxizit盲t und der Bioverf眉gbarkeit von (Mikro-)N盲hrstoffen sowie f眉r die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Partikeln und nat眉rlicher organischer Substanz im Meerwasser. Ein chemisches Element kann in einer Vielzahl von molekularen und ionischen Formen vorliegen, was als chemische Speziation bezeichnet wird. Unsere Studien der aquatischen Chemie untersuchen die chemischen Reaktionen und Prozesse, die das Verhalten und den Verbleib chemischer Spezies in der Meeresumwelt beeinflussen.

Wir bestimmen die chemische Speziation durch analytische Methoden, die spezifische Metallspezies und die Gesamtmetallkonzentration messen, in Kombination mit thermodynamisch basierten Modellen der Ionenwechselwirkung (z.B. Pitzer-Modell). Aktivit盲tskoeffizienten in Elektrolytl枚sungen (eine Funktion von Temperatur, Druck und L枚sungszusammensetzung) k枚nnen verwendet werden, um die Speziation von Mikron盲hrstoffen in Meerwasser und anderen nat眉rlichen Gew盲ssern zu berechnen. Speziationsmodelle werden ben枚tigt, um 脛nderungen in den chemischen Reaktionen vorherzusagen, die im globalen Ozean aufgrund des Klimawandels stattfinden und die sich auf pH-Wert, Temperatur und Ionenst盲rke auswirken werden.
Um die Speziation von Mikron盲hrstoffen zu verstehen, ist es notwendig, ihre Wechselwirkungen, die durch die Aktivit盲tskoeffizienten gegeben sind, mit den Hauptkomponenten des Meerwassers (Cl^-, OH^-, CO₃^2-, usw.) und den organischen Liganden (z.B. gel枚ste organische Substanz) zu modellieren. Wir arbeiten mit der SCOR Working Group 145 on Modelling Chemical Speciation in Seawater to Meet 21st Century Needs () zusammen, um die chemische Speziation und Bindung von Mikron盲hrstoffen in Meerwasser und anderen nat眉rlichen Gew盲ssern zu charakterisieren. 

Meersalz besteht haupts盲chlich aus elf Ionen in nahezu konstanten Verh盲ltnissen. Diese Ionen, die allgemein als "Hauptelemente" bezeichnet werden, kommen im Meerwasser in Konzentrationen von >1 mg/kg vor, und zusammen machen sie >99% der l枚slichen ionischen Bestandteile des Meerwassers aus. Die Hauptelemente sind Schl眉sselkomponenten in allen biologischen und chemischen Reaktionen und Prozessen, die in den Ozeanen ablaufen. Kleine Schwankungen in den Konzentrationen der Hauptelemente enthalten wertvolle Informationen und sind besonders n眉tzlich bei der gro脽r盲umigen 脺berwachung mariner 脰kosysteme. Wir machen uns die Neigung verschiedener Organismengruppen zunutze, charakteristische Anteile verschiedener Elemente in ihr Skelett einzubauen. Auf diese Weise ver盲ndern diese Organismen die Chemie des umgebenden Meerwassers. Die Variabilit盲t in der Meerwasserchemie, die durch die Ausf盲llung von Skeletten induziert wird, kann genutzt werden, um z.B. die Menge an Calciumcarbonat zu quantifizieren, die von Korallenriffen im Vergleich zu pelagischen Kalzifizierern ausgef盲llt wird oder die H盲ufigkeit von Acantharia (eine Gruppe von Rhizaria, die SrSO₄-Skelette ausf盲llt) im Ozean. Daten 眉ber die nicht-konservative Variabilit盲t der Hauptelementkonzentrationen im Ozean stellen ebenfalls eine n眉tzliche Erg盲nzung zu den im Rahmen des -Programms erhaltenen Informationen 眉ber Spurenelemente dar. Haupt- und Spurenelemente gelangen aus 盲hnlichen Quellen (Fl眉sse, Sedimente, Staub, hydrothermale Aktivit盲t) in den Ozean, werden aber oft durch unterschiedliche Mechanismen entfernt. Wir nutzen die -Plattform, um die Haupt- und Spurenelementkonzentrationen in denselben Proben zu quantifizieren und ihre unterschiedliche Geochemie zu nutzen, um die Reaktionswege im Ozean zu entschl眉sseln.

Steiner, Z., Sarkar, A., Prakash, S., Vinayachandran, P.N. and Turchyn, A.V. (2020). Dissolved Strontium, Sr/Ca Ratios, and the Abundance of Acantharia in the Indian and Southern Oceans. ACS Earth and Space Chemistry, 4, 802鈭�811.
DOI: 

Steiner, Z., Turchyn, A.V., Harpaz, E. and Silverman, J. (2018). Water chemistry reveals a significant decline in coral calcification rates in the southern Red Sea, Nature Communications, 9, 3615.
DOI:

Steiner, Z., Erez, J., Shemesh, A., Yam, R., Katz, A. and Lazar, B. (2014). Basin-scale estimates of pelagic and coral reef calcification in the Red Sea and Western Indian Ocean. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 111, 46, 16303-16308.
DOI:

Die Substanz Tris (2-Amino-2-hydroxymethyl-1,3-propandiol) wird zusammen mit seiner konjugierten S盲ure TrisH⁺ in k眉nstlichem Meerwasser zur Kalibrierung von Instrumenten zur Messung des pH-Wertes von salzhaltigen W盲ssern verwendet.
Die Messung des pH-Wertes in Meerwasser beruht auf der Genauigkeit der pH-Werte, die f眉r die derzeit zur Kalibrierung verwendeten Tris-Seewasserpuffer festgelegt wurden und ist auf nat眉rliche Gew盲sser der Meerwasserst枚chiometrie beschr盲nkt.
Chemische Speziationsmodelle, wie z.B. die auf den Pitzer-Gleichungen basierenden, k枚nnen potenziell den pH-Wert von Puffern berechnen. Dennoch sind die Speziationsmodelle noch nicht f眉r alle Wechselwirkungen von Tris und TrisH⁺, die den pH-Wert des Puffers beeinflussen, vollst盲ndig charakterisiert, insbesondere bei anderen Temperaturen als 25 掳C.
Wir quantifizierten die Wechselwirkungen von Tris mit einigen der Hauptkomponenten des Meerwassers, indem wir die L枚slichkeit des neutralen Tris in Salzl枚sungen und der gleichen Salze in w盲ssrigen L枚sungen von Tris gemessen haben. Unsere Experimente deckten einen weiten Konzentrationsbereich und Temperaturen zwischen 5 掳C und 45 掳C ab.
Wir verwendeten die erhaltenen Ergebnisse zusammen mit Literaturdaten, um Pitzer-Modellparameter f眉r die Selbstwechselwirkung von Tris und von Tris mit den Ionen Na⁺, TrisH⁺ und SO₄^2- als Funktionen der Temperatur zu erhalten. Wir hatten auch den Wert des thermodynamischen L枚slichkeitsprodukts von Tris in Wasser als Funktion der Temperatur bestimmt.
Das endg眉ltige Ziel war es, ein r眉ckverfolgbares chemisches Speziationsmodell f眉r Tris-Puffer in k眉nstlichem Meerwasser als Funktion der Temperatur, des Salzgehalts und der Zusammensetzung des Mediums zu erhalten.

Zus盲tzlich zur Unterst眉tzung vom war diese Arbeit Teil eines Projekts, das durch einen gemeinsamen Zuschuss vom  und  , und finanzierten.

Dabei wurde au脽erdem ein  entwickelt. 

Lodeiro, P., Turner, D. R., Achterberg, E.P., Gregson, F.K.A., Reid, J.P. and Clegg, S.L. (2021). Solid鈥揕iquid Equilibria in Aqueous Solutions of Tris, Tris-NaCl, Tris-TrisHCl, and Tris-(TrisH)₂SO₄ at Temperatures from 5 to 45 掳C. J. Chem. Eng. Data, 66, 437-455.
DOI: 

D. R. Turner, E. P. Achterberg, C.T. A. Chen, S. L. Clegg, V. Hatje, M. Maldonado, S. G. Sander, C. M. van den Berg, and M. Wells (2016). Toward a Quality-Controlled and Accessible Pitzer Model for Seawater and Related Systems. Frontiers in Marine Science, 3, 139.
DOI: 

Ansprechperson:

Gel枚ste organische Stoffe im Meer (DOM) sind ein komplexes, heterogenes Gemisch von 1000 Verbindungen. Wir untersuchten die S盲ure-Base-Eigenschaften dieses komplexen Materials, um den Gesamts盲uregehalt und die Heterogenit盲t der funktionellen Gruppen in DOM zu beschreiben. Diese thermodynamischen Eigenschaften von marinem DOM bestimmen die Wechselwirkungen zwischen DOM und Spurenmetallen und k枚nnen auch die Gesamtalkalinit盲t in K眉stengew盲ssern mit hohen DOM-Konzentrationen beeinflussen. Wir haben sorgf盲ltig kontrollierte S盲ure-Base-Titrationen an angereicherten DOM durchgef眉hrt. In Zusammenarbeit mit , und (Universit盲t Lleida, Spanien) verwendeten wir eine Kombination aus der nicht-idealen kompetitiven Adsorptionsisotherme (NICA), die die spezifische chemische Ionenbindung erkl盲rt und dem Donnan-Modell f眉r elektrostatische Effekte. Die Anwendung des NICA-Donnan-Modells f眉hrte zu intrinsischen Gleichgewichts-Protonationskonstanten f眉r marines DOM, die verwendet wurden um ein mechanistisches Verst盲ndnis dar眉ber zu entwickeln, wie der pH-Wert und die S盲ure-Base-Eigenschaften von marinem DOM die Metallspeziation und die Biogeochemie im Meerwasser beeinflusst wird. Wir verwendeten das Amazonas-脛stuar als eine hochdynamische Fallstudie und  aus der Gruppe von (Constructor University, Bremen) untersuchte die Spurenelement-Biogeochemie im Rahmen einer -Prozessstudie im Plume des Amazonas-脛stuars mit mehreren Ans盲tzen.

Lodeiro, P., Rey-Castro, C., David, C., Achterberg, E. P., Puy, J., and Gledhill, M. (2020). Acid-base properties of dissolved organic matter extracted from the marine environment. Sci. Total Environ. 729, 138437.
DOI:

Ansprechpersonen: Dr. Martha Gledhill,

Dieses Projekt wurde durch die finanziert.

Eisen begrenzt die Produktivit盲t in 30% des Oberfl盲chenozeans und seine Biogeochemie wird stark durch seine Wechselwirkungen mit organischer Materie beeinflusst. In diesem Projekt nutzten wir die intrinsischen eisenbindenden Eigenschaften von marinen gel枚sten organischen Stoffen (DOM) um den Einfluss von pH-Wert und DOM auf die Biogeochemie von Eisen zu untersuchen. Mit dem NICA-Donnan-Ansatz leiteten wir intrinsische Konstanten zur Beschreibung der Affinit盲t des Spurenn盲hrstoffs Eisen zu organischer Substanz ab. Dr. Kechen Zhu wendete neuartige Versuchspl盲ne an um die Eisenspeziation als Funktion des pH-Wertes im Meerwasser zu bestimmen. Wir arbeiteten mit (Universit盲t Wageningen, Niederlanden) zusammen um das Ionenpaarspeziationsprogramm ORCHESTRA in Kombination mit der Parametersch盲tzungssoftware PEST zu verwenden um die intrinsischen Eisenbindungseigenschaften von marinem DOM abzuleiten. Da Ionenpaarmodelle f眉r Meerwasser nicht ideal sind, arbeiteten wir auch mit an der Entwicklung von Ionenwechselwirkungsmodellen (Pitzer), die metallorganische Wechselwirkungen einbeziehen, als Teil der SCOR-Arbeitsgruppe 145 zur Modellierung der chemischen Speziation im Meerwasser, um den Anforderungen des 21. Jahrhunderts gerecht zu werden (). Diese Eigenschaften k枚nnen dann in biogeochemischen Modellen angewandt werden, um vorherzusagen, wie die Eisenspeziation den Bestand an gel枚stem Eisen im Ozean in Zukunft beeinflussen wird, wenn der Ozean als Reaktion auf den erh枚hten CO₂-Gehalt in der Atmosph盲re saurer wird.

Avenda帽o, L., Gledhill, M., Achterberg, E. P., R茅rolle, V. M. C., and Schlosser, C. (2016). Influence of Ocean Acidification on the Organic Complexation of Iron and Copper in Northwest European Shelf Seas; a Combined Observational and Model Study. Front. Mar. Sci. 3, 58.
DOI:

Ye, Y., V枚lker, C., and Gledhill, M. (2020). Exploring the Iron-Binding Potential of the Ocean Using a Combined pH and DOC Parameterization. Global Biogeochem. Cycles 34, GBC20978. DOI:

Ansprechperson: Dr. Martha Gledhill

Dieses Projekt wurde durch das China Scholarship Council, das Natural Environment Research Council und den Sonderforschungsbereich 754 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziert.

Mehr als die H盲lfte des atmosph盲rischen CO₂ auf der Erde wird vom Phytoplankton aufgenommen, aber Eisen (Fe) begrenzt dessen Wachstum in gro脽en Regionen der Ozeane. Die wichtigsten bestehenden Wissensl眉cken sind die Wege 眉ber die das Phytoplankton Fe aufnimmt und der Einfluss der chemischen Bedingungen in der Mikroumgebung der Algenzellen (d.h. der Phykosph盲re) auf die Fe-Bildung und die Bioverf眉gbarkeit. Dieses Wissen stellt ein Hindernis f眉r das Verst盲ndnis der komplexen Auswirkungen des Klimawandels auf die Fe-Aufnahme und die Kohlenstoff-Fixierung im Ozean dar. In diesem Projekt, das in Zusammenarbeit mit Dr. Martha Gledhill und Prof. Eric Achterberg am 黑料视频 sowie am Imperial College London durchgef眉hrt wurde, hat die chemischen Bedingungen und die Fe-Speziation in der Phykosph盲re von Modell-Phytoplanktonarten bestimmt, die Rolle der Fe-Speziation in der Phykosph盲re f眉r die Fe-Bioverf眉gbarkeit quantifiziert und die Einfl眉sse des Klimawandels (d.h. Erw盲rmung und erh枚hter CO₂-Gehalt) auf die Fe-Grenzfl盲chenprozesse von Fe-Algen untersucht. Die Daten des Projekts werden uns helfen, die Fe-Bioverf眉gbarkeit f眉r das Phytoplankton in den heutigen und zuk眉nftigen Ozeanen besser einzusch盲tzen, was einen entscheidenden Beitrag zur globalen Kohlenstoffbindung leistet.

Liu, F., Tan, Q.-G., Weiss, D., Cr茅mazy, A., Fortin, C. and Campbell, P.G.C. (2020). Unravelling Metal Speciation in the Microenvironment Surrounding Phytoplankton Cells to Improve Predictions of Metal Bioavailability. Environmental Science & Technology, 54, 13, 8177-8185.
DOI: 

Liu, F., Tan, Q.-G., Fortin, C. and Campbell, P.G.C. (2019). Why Does Cysteine Enhance Metal Uptake by Phytoplankton in Seawater but Not in Freshwater? Environmental Science & Technology, 53, 11, 6511-6519.
DOI: 

Liu., F, Fortin, C. and Campbell, P.G.C. (2018). Chemical Conditions in the Boundary Layer Surrounding Phytoplankton Cells Modify Cadmium Bioavailability. Environmental Science & Technology, 52, 14, 7988-7995.
DOI: 

Dieses Projekt wurde durch die von der Europ盲ischen Kommission finanziert.

Von den 1000 organischen Molek眉len die in der Meeresumwelt vorkommen, handelt es sich bei den Metaboliten um den Teil an Molek眉len, der von Meeresorganismen produziert wird, wie z.B. Aminos盲uren, Nukleotide, Purine und Kohlenhydrate. Einige wenige dieser Metaboliten enthalten Metalle. Beispiele sind 贬盲尘atome, Siderophoren, Cobalamine (Vitamin-B₁₂-Komplexe) und Methanobactine. Einige dieser Metaboliten sind Kofaktoren von Proteinen (z.B. 贬盲尘, Cobalamine), w盲hrend andere hochspezifische Komplexe sind, die von Mikroben produziert werden um lebenswichtige Metalle aus der Umwelt aufzunehmen (Siderophoren, Methanobactin). Wir untersuchten das Vorkommen dieser Metaboliten sowohl in partikul盲ren als auch in gel枚sten Fraktionen im Meerwasser, S眉脽wasser oder in Organismus-Kulturen um zu verstehen, wie ozeanische Spurenelementverteilungen den mikrobiellen Metallstoffwechsel beeinflussen k枚nnten. Wir verwendeten eine Kombination aus organischen und elementaren Massenspektrometrietechniken um das marine Metallom zu untersuchen. Das Projekt wurde mithilfe der Kollaboration von (The Inter-University Institute for Marine Sciences in Eilat, Israel) und Dr. Insa Rapp (Dalhousie Universit盲t in Halifax, Kanada) durchgef眉hrt.

Gledhill, M., Basu, S., and Shaked, Y. (2019). Metallophores associated with Trichodesmium erythraeum colonies from the Gulf of Aqaba. Metallomics, 11, 1547鈥�1557.
DOI:

Basu, S., Gledhill, M., de Beer, D., Prabhu Matondkar, S. G., and Shaked, Y. (2019). Colonies of marine cyanobacteria Trichodesmium interact with associated bacteria to acquire iron from dust. Commun. Biol. 2, 284.
DOI:

Louropoulou, E., Gledhill, M., Browning, T. J., Desai, D. K., Barraqueta, J.-L. M., Tonnard, M., et al. (2019). Regulation of the Phytoplankton Heme b Iron Pool During the North Atlantic Spring Bloom. Front. Microbiol. 10, 1566.
DOI:

Louropoulou, E., Gledhill, M., Achterberg, E. P., Browning, T. J., Honey, D. J., Schmitz, R. A., et al. (2020). Heme b distributions through the Atlantic Ocean: evidence for 鈥渁nemic鈥� phytoplankton populations. Sci. Rep. 10, 4551.
DOI:

Ansprechperson: Dr. Martha Gledhill

Dieses Projekt wurde durch die , die und das finanziert. 

In diesem Projekt arbeiteten wir mit und vom Wassercluster (Lunz, 脰sterreich) zusammen, um die exponentiell gef眉tterten Batch-Kulturtechnik anzuwenden, um die Begrenzung von Spurenmetallen in marinem Phytoplankton im station盲ren Zustand zu erreichen. Wir verwendeten den einzelligen Cyanophyten Crocosphaera subtropica in den Experimenten und untersuchten Ver盲nderungen in der Elementst枚chiometrie unter Eisenlimitierung.

finden Sie weitere Informationen 眉ber das Aquascale-Labor.

Dieses Projekt wurde vom Sonderforschungsbereich 754 驳别蹿枚谤诲别谤迟.

贬盲尘 b ist ein eisenhaltiger Cofaktor von 贬盲尘oproteinen. 贬盲尘 b macht etwa 20 % des intrazellul盲ren Eisenpools in marinem Phytoplankton aus und 贬盲尘oproteine sind f眉r die Photosynthese, die Atmung und die Kontrolle von oxidativem Stress zust盲ndig. In diesen Experimenten arbeitete mit (Christian-Albrechts-Universit盲t zu Kiel) und (Dalhousie University, Kanada) zusammen, um die Regulation des 贬盲尘 b-Pools in Crocosphaera subtropica zu untersuchen.

Kontakt: Dr. Martha Gledhill

Das Projekt wurde von der Helmholtz-Forschungsschule f眉r Ozeansystemforschung und -technologie 驳别蹿枚谤诲别谤迟 .