Abteilung Oberflächengewässer

Biogeochemischer Kreislauf an oxisch-anoxischen Grenzen


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

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         of Earth's history. Modern ferruginous waters are found in stratified, sulfu
         r-poor lakes, and serve as crucial analogs for biogeochemical cycling throug
         hout 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 ~ 9
         0 m depth, placing it among the world's largest ferruginous lakes. Physica
         l stratification is weaker than other tropical anoxic lakes, indicating sens
         itivity for paleoclimate reconstructions. Trace elements and nutrients are p
         redominantly shaped by the oxic–anoxic transition. Manganese– and Fe oxy
         hydroxide–driven biogeochemical cycling occurs at distinct depth horizons,
          with Co and Ni controlled by Mn and showing shallow release in anoxic water
         s, while V, Cr, P, and As are controlled by Fe, with release in surface sedi
         ments and diffusive transport. Chromium is nonquantitatively removed in anox
         ic waters, in contrast to widespread assumptions in Cr-based paleoreconstruc
         tions. Oxycline U and Se removal corresponds to a local N minimum, suggestin
         g 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 ab
         sence 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 ferr
         uginous basin features. Therefore, these data will guide research in ferrugi
         nous settings across space and time, and improve paleoreconstructions from f
         erruginous sediment records.
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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