Abteilung Oberflächengewässer

Biogeochemischer Kreislauf an oxisch-anoxischen Grenzen

Blick über das anoxische Südbecken des Zugersees und ein Highlight der chemischen Struktur des Übergangs vom Oxischen zum Anoxischen.


In Abwesenheit von Sauerstoff werden andere Elemente wie Eisen und Mangan für die mikrobielle Atmung verwendet. Damit ist der Kreislauf dieser Metalle grundlegend mit den Hauptelementen der Erde (Kohlenstoff, Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff) verknüpft.
In diesem Projekt wird der biogeochemische Kreislauf von Eisen, Mangan und anderen Spurenelementen an der oxisch-anoxischen Grenzfläche des Zugersees mit chemischen, physikalischen und mikrobiellen Methoden untersucht. Im Vergleich zu anderen anoxischen Seen ist der Zugersee einzigartig, da er hohe Mangan- aber niedrige Eisen- und Schwefelkonzentrationen aufweist, was ihn zu einem besonders interessanten Untersuchungsgebiet macht.

Anoxische Zustände sind überall auf der modernen Erde zu finden und waren während des größten Teils der Erdgeschichte der Hauptzustand der Gewässer der Erde. Daher bieten diese anoxischen Gebiete nicht nur einzigartige Bedingungen für die Untersuchung moderner Prozesse, sondern dienen auch als Analogie für die Untersuchung biogeochemischer Kreisläufe in der Erdgeschichte.
Ein weiteres Ziel dieses Projekts ist es, zu untersuchen, wie die chemischen Indikatoren, die wir zur Rekonstruktion der wichtigsten Zustände der Erde verwenden (Metallhäufigkeit, stabile Isotope und Speziation), von den anoxischen Bedingungen im Zugersee und anderen anoxischen Seen beeinflusst werden.

Publikationen

Biogeochemical cycling of trace elements and nutrients in ferruginous waters: constraints from a deep oligotrophic ancient lake

Iron-rich, ferruginous waters were the dominant geochemical regime for most of Earth's history. Modern ferruginous waters are found in stratified, sulfur-poor lakes, and serve as crucial analogs for biogeochemical cycling throughout Earth's past. Here we present the first depth-resolved data of physical structure, nutrients and trace elements from Lake Poso (Indonesia), a deep oligotrophic ancient lake. Lake Poso is ferruginous, with anoxia below ~ 90 m depth, placing it among the world's largest ferruginous lakes. Physical stratification is weaker than other tropical anoxic lakes, indicating sensitivity for paleoclimate reconstructions. Trace elements and nutrients are predominantly shaped by the oxic–anoxic transition. Manganese– and Fe oxyhydroxide–driven biogeochemical cycling occurs at distinct depth horizons, with Co and Ni controlled by Mn and showing shallow release in anoxic waters, while V, Cr, P, and As are controlled by Fe, with release in surface sediments and diffusive transport. Chromium is nonquantitatively removed in anoxic waters, in contrast to widespread assumptions in Cr-based paleoreconstructions. Oxycline U and Se removal corresponds to a local N minimum, suggesting biological reduction and/or uptake. These first ferruginous water Se data also show removal in sediments, indicating sediment signals reflect multiple removal processes and informing Se-based paleoreconstructions, while the absence of sediment U removal contrasts other anoxic basins. A comparison with other ferruginous lakes demonstrates how local influences drive deviations from expectations in other systems, and highlight common, generalizable ferruginous basin features. Therefore, these data will guide research in ferruginous settings across space and time, and improve paleoreconstructions from ferruginous sediment records.
Janssen, D. J.; Damanik, A.; Tournier, N.; Tolu, J.; Winkel, L.; Cahyarini, S. Y.; Vogel, H. (2024) Biogeochemical cycling of trace elements and nutrients in ferruginous waters: constraints from a deep oligotrophic ancient lake, Limnology and Oceanography, 69(11), 2775-2790, doi:10.1002/lno.12687, Institutional Repository