[Behrens] Supply of soluble Fe to ocean surface waters - quantitative approaches from ICDP site Hawaii by determining interface driven Fe transfer from subsurface volcanic rocks

German Title: Eintrag von gelöstem Fe in das Oberflächenwasser von Ozeanen - quantitative Ansätze von der ICDP-Bohrung Hawaii durch Untersuchung des grenzflächengesteuerten Fe-Transfers aus vulkanischen Gesteinen des tieferen Untergrundes

Abbreviation: 353

Current Status: approved


Main Applicant:Prof. Dr. Harald Behrens


Resources Recipient


Other Persons

Marius Stranghörner
Prof. Dr. Axel Schippers


Conveyor Begin:
Conveyor End:
Conveyor Duration: 12
Year: 2018


Description

Zusammenfassung Antrag:

Eisen ist ein limitierender Nährstoff für das Wachstum von Phytoplankton im Oberflächenwasser der Ozeane und beeinflusst damit den globalen C-Kreislauf. Vulkanischen Produkten wird ein starker Einfluss auf das Fe-Budget in einigen Teilen der Ozeane zugeschrieben. So gibt es einen deutlichen Anstieg des Fe-Gehaltes im Oberflächenwasser um Hawaii und anderer Vulkaninseln. Für die quantitative Abschätzung des Fe-Eintrages in die Ozeane ist das Wissen über die komplexen, grenzflächengesteuerten Prozesse der Fe-Freisetzung und -Löslichkeit derzeit zu begrenzt (Ayris & Delmelle, 2012). Offen ist auch die Frage, ob mikrobielle Aktivität einen signifikanten Beitrag liefern kann. Es ist zu erwarten, dass die durch Grundwasserflüsse aus dem Boden und dem Meer erhöhte Bioaktivität, die Alteration der Gesteine beschleunigt und organische Komplexbildner liefert, die die Fe-Mobilität in der wässrigen Phase erhöhen. Die Proben der ICDP Bohrung HSDP2 bietet ein einzigartiges Archiv für verschiedene schwach bis stark alterierte vulkanische Gesteine bestehend aus Aschen, Lava und Kissenbasalten. Ein Vergleich dieser Proben mit Laborversuchen wird wichtige neue Erkenntnisse zu den Mechanismen der Fe- Mobilisierung liefern.

Im ersten Jahr des Projektes wurden geeignete Proben ausgewählt. Die verschiedenen Bindungsformen von Eisen in den Bohrproben wurden durch sequentielle Extraktion  identifiziert und quantifiziert. Es zeigte sich, dass Proben aus dem Süsswasserbereich deutlich besser kristallisiert sind als solche aus dem Salzwasserbereich.  Besiedlungsexperimente mit dem Bakterienstamm Burkholderia fungorum führten zu einem sehr veränderten Freisetzungsverhalten von Eisen und anderen Elementen im  Vergleich zu abiotischen Bedingungen. In Experimenten mit synthetischen Gläsern konnte gezeigt werden, dass spannungsreiche und Fe(II)reiche Gläser besonders leicht  besiedelt werden. Im zweiten Jahr des laufenden Projektes werden wichtige Daten über die spezifische Oberfläche der Proben und deren Zetapotential in Abhängigkeit von  Lösungszusammensetzung, Temperatur und Zeit ermittelt. Im dritten Jahr soll die Charakterisierung der Proben und deren Freisetzungscharakteristik für Eisen fortgesetzt  werden. Hierfür sind u.a. Porenvolumen und - konnektivitätsbestimmungen mittels temperaturabhängiger Karl-Fischer Titration, Einbringen von Woods Metall und  Quecksilberporosimetrie geplant. Diese Wasserfreisetzungsversuche liefern auch Informationen über Gehalte von Sekundärmineralen. Kombiniert mit tomographischen und  spektroskopischen Methoden sowie Leachingversuchen werden diese Untersuchungen helfen, den Unterschied zwischen Süss- und Seewasserbedingungen auf die  Entwicklung der Gesteine und die Mobilisierung von Fe besser zu verstehen.

References:
Ayris, P., Delmelle, P., 2012. Volcanic and atmospheric controls on ash iron solubility: A review. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C 45-46, 103-112.